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🌟引言：

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欢迎来到Python星球🪐的第11天！

在编程世界中，文件操作是一项基础但极其重要的技能。

通过文件操作，我们可以将数据永久保存，或者从外部文件读取信息，这极大地扩展了程序的功能和应用范围。今天，我们将探索Python中的文件操作，学习如何打开、读取、写入和关闭文件，以及如何优雅地处理可能出现的异常情况。

一、文件操作基础

1. 文件的打开与关闭

在Python中，处理文件的第一步是使用open()函数打开它。无论是读取还是写入，我们都需要先建立与文件的连接。

# 打开文件的基本语法
file = open('filename.txt', 'mode')

这里的filename.txt是文件名，mode是打开模式（如’r’表示读取）。

重要提示：打开文件后，一定要记得关闭它！这不仅是良好的编程习惯，也能防止资源泄露。

# 关闭文件
file.close()

更优雅的方式是使用with语句，它会在代码块结束时自动关闭文件：

# 使用with语句（推荐方式）
with open('filename.txt', 'r') as file:# 进行文件操作content = file.read()
# 离开with块后，文件会自动关闭

2. 文件读写模式

Python提供了多种文件操作模式，用于控制我们如何与文件交互：

模式	描述
'r'	读取模式（默认）- 只能读取文件，不能写入
'w'	写入模式 - 创建新文件写入（如果文件已存在则覆盖）
'a'	追加模式 - 在文件末尾添加内容，不覆盖原有内容
'r+'	读写模式 - 可以读取也可以写入
'b'	二进制模式 - 可与其他模式组合，如’rb’或’wb’

例如，要以写入模式打开文件new_file.txt：

with open('new_file.txt', 'w') as file:file.write('Hello, Python!')

①运行前

new_file.txt 中没有任何内容

②运行后

可以看到，new_file.txt 中已经写入了我们要写入的文本内容。

3. 文件读写方法

1️⃣读取文件内容

Python提供了多种方法来读取文件内容：

# 读取整个文件内容为一个字符串
with open('example.txt', 'r') as file:content = file.read()print(content)# 读取单行
with open('example.txt', 'r') as file:line = file.readline()print(line)# 读取所有行到一个列表中
with open('example.txt', 'r') as file:lines = file.readlines()for line in lines:print(line, end='')  # readlines()保留了换行符，所以这里不再添加# 通过迭代器逐行读取（内存效率高）
with open('example.txt', 'r') as file:for line in file:print(line, end='')

2️⃣写入文件内容

写入文件同样简单：

# 写入字符串
with open('output.txt', 'w') as file:file.write('这是第一行\n')file.write('这是第二行\n')# 写入多行
lines = ['第一行\n', '第二行\n', '第三行\n']
with open('output.txt', 'w') as file:file.writelines(lines)

二、异常处理

在文件操作中，可能会遇到各种异常情况，如文件不存在、权限问题等。使用try...except语句可以优雅地处理这些异常：

try:with open('non_existent_file.txt', 'r') as file:content = file.read()
except FileNotFoundError:print("文件不存在！")
except PermissionError:print("没有权限读取该文件！")
except Exception as e:print(f"发生了其他错误: {e}")

常见的文件操作异常包括：

• FileNotFoundError：文件不存在
• PermissionError：没有足够权限
• IOError：输入/输出操作失败
• IsADirectoryError：试图对目录执行文件操作

异常处理流程：
：

三、综合案例：统计文本文件中的行数和单词数

下面是一个完整的程序，用于统计文本文件中的行数和单词数：

def count_lines_and_words(filename):"""统计文件的行数和单词数"""try:with open(filename, 'r', encoding='utf-8') as file:# 读取所有行lines = file.readlines()# 统计行数line_count = len(lines)# 统计单词数word_count = 0for line in lines:# 移除前后空白，然后按空格分割单词words = line.strip().split()word_count += len(words)return line_count, word_countexcept FileNotFoundError:print(f"错误：文件 '{filename}' 不存在!")return 0, 0except Exception as e:print(f"处理文件时发生错误: {e}")return 0, 0# 主程序
if __name__ == "__main__":file_name = input("请输入要统计的文件名：")lines, words = count_lines_and_words(file_name)if lines > 0 or words > 0:print(f"\n文件统计结果:")print(f"- 行数: {lines}")print(f"- 单词数: {words}")

这个程序展示了如何:

1. 打开并读取文件
2. 处理文件内容（计算行数和单词数）
3. 优雅地处理可能出现的异常

四、文件操作的最佳实践

1. 始终使用with语句：自动处理文件关闭，即使发生异常也能确保资源释放
2. 指定字符编码：处理非ASCII文本时，明确指定编码（如encoding='utf-8'）
3. 适当的异常处理：针对可能出现的异常进行处理，提高程序稳健性
4. 大文件处理：对于大文件，避免一次性读取全部内容，而是使用迭代器逐行处理
5. 适当的模式选择：根据实际需求选择合适的文件操作模式，避免数据意外丢失

五、练习题（附参考解答）

下面是三个关于Python文件操作的练习题，每个练习题都包含参考解答，帮助你巩固所学的文件操作知识。

练习一：创建简单的日志记录器

题目：创建一个简单的日志记录函数log_message()，能够将日志信息追加到日志文件中。日志应包含时间戳、日志级别(INFO, WARNING, ERROR)和消息内容。

参考解答：

import datetimedef log_message(message, level="INFO", log_file="app.log"):"""将带有时间戳和日志级别的消息追加到日志文件参数:message (str): 要记录的消息level (str): 日志级别 ("INFO", "WARNING", "ERROR")log_file (str): 日志文件名"""# 获取当前时间timestamp = datetime.datetime.now().strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S")# 格式化日志条目log_entry = f"[{timestamp}] [{level}] {message}\n"# 以追加模式打开文件并写入日志try:with open(log_file, 'a') as file:file.write(log_entry)print(f"日志已记录到 {log_file}")except Exception as e:print(f"记录日志时发生错误: {e}")# 测试函数
if __name__ == "__main__":log_message("应用启动")log_message("用户尝试未经授权的操作", "WARNING")log_message("数据库连接失败", "ERROR")

练习二：文件内容查找和替换

题目：编写一个函数find_and_replace()，接受文件名、要查找的字符串和替换字符串作为参数，将文件中所有匹配的字符串替换为新字符串，并保存为新文件（原文件名基础上加上"_modified"后缀）。

参考解答：

def find_and_replace(filename, find_str, replace_str):"""在文件中查找并替换所有匹配的字符串，结果保存到新文件参数:filename (str): 要处理的文件名find_str (str): 要查找的字符串replace_str (str): 替换用的字符串返回:bool: 操作是否成功"""# 生成新文件名name_parts = filename.split('.')if len(name_parts) > 1:# 处理有扩展名的情况new_filename = f"{name_parts[0]}_modified.{name_parts[1]}"else:# 处理没有扩展名的情况new_filename = f"{filename}_modified"try:# 读取原文件内容with open(filename, 'r', encoding='utf-8') as file:content = file.read()# 执行替换modified_content = content.replace(find_str, replace_str)# 记录替换次数replace_count = content.count(find_str)# 写入新文件with open(new_filename, 'w', encoding='utf-8') as file:file.write(modified_content)print(f"替换完成! 共替换了 {replace_count} 处匹配项")print(f"修改后的内容已保存到: {new_filename}")return Trueexcept FileNotFoundError:print(f"错误: 文件 '{filename}' 不存在!")return Falseexcept Exception as e:print(f"处理文件时发生错误: {e}")return False# 测试函数
if __name__ == "__main__":test_filename = "test.txt"# 创建测试文件with open(test_filename, 'w') as f:f.write("Python是一种强大的编程语言。\nPython非常易于学习。\n每个人都应该学习Python。")# 测试替换函数find_and_replace(test_filename, "Python", "Python3")

练习三：CSV文件数据分析

题目：编写一个程序，读取包含学生成绩的CSV文件（格式：姓名,数学,英语,科学），计算每个学生的平均分和总分，以及每门课程的平均分，并将结果写入新的CSV文件。

参考解答：

def analyze_grades(input_file, output_file):"""分析CSV格式的学生成绩数据参数:input_file (str): 输入CSV文件名output_file (str): 输出CSV文件名"""try:# 读取CSV文件with open(input_file, 'r', encoding='utf-8') as file:# 读取第一行（标题行）header = file.readline().strip().split(',')# 初始化数据结构students = []subject_totals = [0] * (len(header) - 1)  # 减1是因为第一列是姓名subject_counts = [0] * (len(header) - 1)# 读取学生数据for line in file:data = line.strip().split(',')name = data[0]# 转换成绩为数字grades = []for i in range(1, len(data)):try:grade = float(data[i])grades.append(grade)# 更新科目总分和计数subject_totals[i-1] += gradesubject_counts[i-1] += 1except ValueError:# 处理无效成绩grades.append(0)print(f"警告: '{name}'的'{header[i]}'成绩无效，已设为0")# 计算学生总分和平均分total = sum(grades)average = total / len(grades) if grades else 0# 保存学生数据students.append({'name': name,'grades': grades,'total': total,'average': average})# 计算每门课程的平均分subject_averages = [total / count if count > 0 else 0 for total, count in zip(subject_totals, subject_counts)]# 写入结果到新CSV文件with open(output_file, 'w', encoding='utf-8') as file:# 写入标题行file.write("姓名,")file.write(",".join(header[1:]))file.write(",总分,平均分\n")# 写入每个学生的数据for student in students:file.write(f"{student['name']},")file.write(",".join(str(grade) for grade in student['grades']))file.write(f",{student['total']:.2f},{student['average']:.2f}\n")# 写入每门课程的平均分file.write("课程平均分,")file.write(",".join(f"{avg:.2f}" for avg in subject_averages))file.write("\n")print(f"分析完成，结果已保存到 {output_file}")except FileNotFoundError:print(f"错误: 文件 '{input_file}' 不存在!")except Exception as e:print(f"处理文件时发生错误: {e}")# 测试函数
if __name__ == "__main__":# 创建测试数据with open("grades.csv", 'w', encoding='utf-8') as f:f.write("姓名,数学,英语,科学\n")f.write("张三,95,82,78\n")f.write("李四,88,90,85\n")f.write("王五,76,85,92\n")f.write("赵六,92,78,85\n")# 分析成绩analyze_grades("grades.csv", "grades_analysis.csv")

这些练习题从简单到复杂，涵盖了文件读写、异常处理、数据处理等方面，能够帮助你全面掌握Python文件操作的技能。解答中附带了详细的注释，让你更容易理解代码的执行流程和关键步骤。

六、总结

通过本篇文章，我们学习了Python中的基本文件操作技能：

• 如何使用open()和close()打开和关闭文件
• 不同的文件读写模式（r、w、a等）的用途
• 各种文件读写方法（read()、write()、readlines()等）
• 使用try...except处理文件操作异常
• 通过实际案例掌握文件操作技巧

文件操作是Python编程中的基础技能，掌握它将为您的数据处理、配置管理、日志记录等任务提供有力工具。无论是处理小型文本文件还是大型数据集，这些知识都将派上用场。

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