Python 文件操作全面详解：从基础到进阶（附丰富实例）
文件操作是 Python 编程中最核心的技能之一，涵盖文件的创建、读写、关闭、删除、属性修改等场景。本文将系统梳理 Python 文件操作的核心概念、基础 API、进阶技巧和最佳实践，结合 20+ 个可直接运行的实例，从入门到精通掌握文件操作的方方面面。
一、文件操作核心概念
在开始代码实践前，先明确几个关键概念：
| 概念 | 含义 |
|---|---|
| 文件路径 | 文件在系统中的位置（绝对路径：如 C:/data/file.txt；相对路径：如 ./data/file.txt） |
| 文件模式 | 打开文件的方式（读、写、追加等，决定操作权限） |
| 文件对象 | 打开文件后返回的对象，用于后续读写操作（通过 open() 函数获取） |
| 缓冲区 | 内存中的临时区域，用于高效读写（默认开启，可手动控制） |
| 编码格式 | 文本文件的字符编码（如 UTF-8、GBK，决定能否正确读写中文等特殊字符） |
二、基础文件操作：open() 与文件对象
open() 函数是文件操作的入口，用于打开文件并返回文件对象。掌握它的参数和文件对象的方法，就能完成 80% 的日常任务。
2.1 open() 函数参数详解
open(file, mode='r', buffering=-1, encoding=None, errors=None, newline=None, closefd=True, opener=None)
| 核心参数 | 作用说明 | 常用取值 |
|---|---|---|
file |
必需，文件路径（字符串或 Path 对象） |
如 'data.txt'、Path('data/file.txt') |
mode |
打开模式（决定读写权限和文件类型） | 文本模式：'r'（读）、'w'（写）、'a'（追加）、'r+'（读写）；二进制模式： 'rb'、'wb'、'ab'（加 b 表示二进制） |
encoding |
文本模式下的编码格式（二进制模式无需指定） | 'utf-8'（推荐，支持中文）、'gbk'（中文Windows默认） |
2.2 常用文件模式及权限
| 模式 | 含义 | 注意事项 |
|---|---|---|
'r' |
只读模式（默认），文件必须存在 | 文件不存在则报错 FileNotFoundError |
'w' |
只写模式，文件不存在则创建，存在则清空内容 | 谨慎使用，会覆盖原有内容 |
'a' |
追加模式，文件不存在则创建，写入内容附加到文件末尾 | 不会覆盖原有内容，适合日志记录 |
'r+' |
读写模式，文件必须存在，可读写内容 | 写入时从当前指针位置开始，可能覆盖原有内容 |
'w+' |
读写模式，文件不存在则创建，存在则清空 | 先清空再读写，慎用 |
'a+' |
追加+读模式，文件不存在则创建，写入到末尾，可读全文件 | 读文件需先移动指针（默认在末尾，直接读会返回空） |
2.3 基础操作流程：打开 → 操作 → 关闭
文件操作必须遵循“打开-操作-关闭”的流程，否则可能导致资源泄露。推荐用 with 语句（上下文管理器）自动关闭文件，无需手动调用 close()。
示例 1：文本文件读写（基础流程）
# 1. 写入文件（'w' 模式）
with open('test.txt', 'w', encoding='utf-8') as f: # with 语句自动关闭文件f.write('Hello, Python!\n') # 写入字符串，\n 表示换行f.write('这是中文内容\n') # 需指定 encoding 才能正确写入中文# 2. 读取文件（'r' 模式）
with open('test.txt', 'r', encoding='utf-8') as f:content = f.read() # 读取全部内容print('文件内容：\n', content)# 输出：
# 文件内容：
# Hello, Python!
# 这是中文内容
示例 2：二进制文件操作（如图片、音频）
二进制文件（非文本文件）需用 'rb'/'wb' 模式，且无需指定 encoding：
# 复制图片（二进制操作）
with open('source.jpg', 'rb') as src, open('copy.jpg', 'wb') as dst:data = src.read() # 读取二进制数据dst.write(data) # 写入二进制数据
print('图片复制完成')
三、文件读取的 5 种方式
根据需求不同，文件读取有多种方式，灵活选择可提高效率（尤其处理大文件时）。
| 方法 | 功能说明 | 适用场景 |
|---|---|---|
read() |
读取全部内容（可选参数指定字节数） | 小文件，需一次性处理全部内容 |
readline() |
读取一行内容（包括换行符 \n） |
按行处理文件（如日志、CSV） |
readlines() |
读取所有行，返回列表（每行作为元素） | 中等大小文件，需按行索引访问 |
| 迭代文件对象 | 直接用 for line in f 循环，逐行读取 |
大文件（内存友好，无需一次性加载全部内容） |
read(n) |
读取指定字节数的内容（二进制模式常用） | 分块处理大文件（如网络传输） |
示例 3：5 种读取方式对比
# 先创建测试文件
with open('read_demo.txt', 'w', encoding='utf-8') as f:f.write('第一行内容\n')f.write('第二行内容\n')f.write('第三行内容\n')# 1. read()：读取全部内容
with open('read_demo.txt', 'r', encoding='utf-8') as f:print('1. read() 结果：\n', f.read())# 2. readline()：逐行读取
with open('read_demo.txt', 'r', encoding='utf-8') as f:print('\n2. readline() 结果：')print(f.readline(), end='') # 第一行（end='' 避免重复换行）print(f.readline(), end='') # 第二行# 3. readlines()：读取所有行到列表
with open('read_demo.txt', 'r', encoding='utf-8') as f:lines = f.readlines()print('\n3. readlines() 结果：', lines)print('按索引访问第二行：', lines[1])# 4. 迭代文件对象（最推荐的大文件处理方式）
with open('read_demo.txt', 'r', encoding='utf-8') as f:print('\n4. 迭代文件对象：')for line in f:print(f'行内容：{line}', end='')# 5. read(n)：读取指定字节数（文本模式下约等于字符数，非精确）
with open('read_demo.txt', 'r', encoding='utf-8') as f:print('\n\n5. read(n) 结果：')print(f.read(5)) # 读取前5个字符print(f.read(3)) # 继续读取3个字符
输出结果：
1. read() 结果：第一行内容第二行内容第三行内容2. readline() 结果：
第一行内容
第二行内容3. readlines() 结果： ['第一行内容\n', '第二行内容\n', '第三行内容\n']
按索引访问第二行： 第二行内容4. 迭代文件对象：
行内容：第一行内容
行内容：第二行内容
行内容：第三行内容5. read(n) 结果：
第一行内
容
四、文件写入的 3 种方式
写入操作需注意模式选择（'w' 覆盖 vs 'a' 追加），以及换行符的处理。
| 方法 | 功能说明 |
|---|---|
write(str) |
写入字符串，返回写入的字符数 |
writelines(seq) |
写入字符串序列（列表/元组等），不自动添加换行符 |
print(..., file=f) |
用 print 函数写入，可自动添加换行符（end 参数控制） |
示例 4：3 种写入方式对比
# 1. write()：写入字符串
with open('write_demo.txt', 'w', encoding='utf-8') as f:count1 = f.write('用write写入第一行\n') # 需手动加换行符count2 = f.write('用write写入第二行')print(f'write写入字符数：{count1}, {count2}') # 输出：11, 9# 2. writelines()：写入序列（无自动换行）
with open('write_demo.txt', 'a', encoding='utf-8') as f: # 'a' 追加模式lines = ['\n用writelines写入第三行', '用writelines写入第四行'] # 无换行符f.writelines(lines) # 不会自动加换行，内容会连在一起# 3. print() 函数写入（自动换行）
with open('write_demo.txt', 'a', encoding='utf-8') as f:print('用print写入第五行', file=f) # 自动加换行符print('用print写入第六行', file=f, end='---') # 自定义结尾符# 查看结果
with open('write_demo.txt', 'r', encoding='utf-8') as f:print('\n最终文件内容：\n', f.read())
输出结果：
write写入字符数：11, 9最终文件内容：用write写入第一行用write写入第二行用writelines写入第三行用writelines写入第四行用print写入第五行用print写入第六行---
五、文件指针与随机访问
文件对象内部有一个“指针”，记录当前读写位置。通过移动指针，可实现随机读写（如修改文件中间内容）。
| 方法/属性 | 功能说明 |
|---|---|
tell() |
返回当前指针位置（字节数） |
seek(offset, whence) |
移动指针到指定位置：offset 偏移量（正数向后，负数向前）；whence 基准位置（0：文件开头，1：当前位置，2：文件末尾） |
示例 5：文件指针操作
with open('pointer_demo.txt', 'w+', encoding='utf-8') as f: # 'w+' 读写模式f.write('0123456789') # 写入10个字符print('写入后指针位置：', f.tell()) # 输出：10（在文件末尾）# 移动指针到开头（ whence=0 表示从文件开头计算）f.seek(0, 0)print('移动到开头后读取：', f.read(3)) # 读取前3个字符：012print('当前指针位置：', f.tell()) # 输出：3# 从当前位置向后移动2个字符f.seek(2, 1) # whence=1 表示从当前位置计算print('移动后读取：', f.read(2)) # 读取位置5-6的字符：56print('当前指针位置：', f.tell()) # 输出：7# 从文件末尾向前移动3个字符f.seek(-3, 2) # whence=2 表示从文件末尾计算print('从末尾移动后读取：', f.read()) # 读取最后3个字符：789
输出结果：
写入后指针位置： 10
移动到开头后读取： 012
当前指针位置： 3
移动后读取： 56
当前指针位置： 7
从末尾移动后读取： 789
六、文件属性与元数据
通过 os 或 pathlib 库可获取文件的元数据（大小、创建时间、修改时间等）。
示例 6：获取文件属性
from pathlib import Path
import timefile_path = Path('test.txt')# 确保文件存在
if not file_path.exists():with open(file_path, 'w') as f:f.write('测试文件属性')# 获取基本属性
print('文件是否存在：', file_path.exists()) # True
print('是否为文件：', file_path.is_file()) # True
print('文件大小（字节）：', file_path.stat().st_size) # 12（中文字符在UTF-8中占3字节，共4个汉字=12字节）# 获取时间属性（时间戳需转换为可读格式）
create_time = file_path.stat().st_ctime # 创建时间（Windows）/ 首次修改时间（Unix）
modify_time = file_path.stat().st_mtime # 最后修改时间
print('创建时间：', time.ctime(create_time))
print('最后修改时间：', time.ctime(modify_time))# 输出示例：
# 文件是否存在： True
# 是否为文件： True
# 文件大小（字节）： 12
# 创建时间： Wed Jun 12 10:00:00 2024
# 最后修改时间： Wed Jun 12 10:00:00 2024
七、进阶操作：批量处理与异常处理
实际开发中，文件操作常需处理批量文件和异常情况（如文件不存在、权限不足）。
7.1 批量处理文件（结合 glob 或 pathlib）
示例 7：批量读取目录下所有 .txt 文件
from pathlib import Path# 获取当前目录下所有 .txt 文件
txt_files = list(Path('.').glob('*.txt')) # 返回 Path 对象列表
print('找到的txt文件：', [f.name for f in txt_files])# 批量读取每个文件的前50字符
for file in txt_files:with open(file, 'r', encoding='utf-8', errors='ignore') as f: # errors='ignore' 忽略编码错误content = f.read(50) # 读取前50字符print(f'\n{file.name} 内容预览：{content}...')
7.2 异常处理（避免程序崩溃）
文件操作可能出现多种异常（如 FileNotFoundError、PermissionError），需用 try-except 捕获。
示例 8：文件操作异常处理
file_path = 'nonexistent.txt' # 不存在的文件try:with open(file_path, 'r', encoding='utf-8') as f:content = f.read()
except FileNotFoundError:print(f'错误：文件 {file_path} 不存在')
except PermissionError:print(f'错误：没有权限访问 {file_path}')
except UnicodeDecodeError:print(f'错误：{file_path} 编码错误，无法读取')
except Exception as e: # 捕获其他未知异常print(f'发生未知错误：{e}')
else: # 无异常时执行print(f'成功读取 {file_path}，内容长度：{len(content)}')
finally: # 无论是否有异常都执行（如清理资源）print('操作结束')# 输出：
# 错误：文件 nonexistent.txt 不存在
# 操作结束
7.3 大文件处理（避免内存溢出）
处理 GB 级大文件时，不能用 read() 一次性加载，需逐行或分块读取。
示例 9：分块读取大文件（如日志分析）
def process_large_file(file_path, block_size=1024*1024): # 1MB 块with open(file_path, 'r', encoding='utf-8') as f:while True:block = f.read(block_size) # 每次读取1MBif not block: # 读取完毕break# 处理块内容（示例：统计包含"error"的行数）error_count = block.count('error') + block.count('ERROR')print(f'当前块错误数：{error_count}')# 模拟大文件（实际使用时替换为真实大文件路径）
# process_large_file('large_log.txt')
print('大文件处理逻辑：分块读取，逐块处理')
八、常见场景实战
场景 1：CSV 文件读写（模拟数据处理）
# 写入 CSV 数据
with open('data.csv', 'w', encoding='utf-8', newline='') as f: # newline='' 避免多余空行f.write('姓名,年龄,城市\n')f.write('张三,25,北京\n')f.write('李四,30,上海\n')# 读取并解析 CSV
with open('data.csv', 'r', encoding='utf-8') as f:header = f.readline().strip().split(',') # 表头print('表头：', header)for line in f:data = line.strip().split(',')print(f'数据：{data[0]}，{data[1]}岁，来自{data[2]}')# 输出：
# 表头： ['姓名', '年龄', '城市']
# 数据：张三，25岁，来自北京
# 数据：李四，30岁，来自上海
场景 2：日志文件追加（记录程序运行日志）
import datetimedef write_log(message, log_file='app.log'):"""写入日志，包含时间戳"""timestamp = datetime.datetime.now().strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S')log_line = f'[{timestamp}] {message}\n'with open(log_file, 'a', encoding='utf-8') as f: # 'a' 追加模式f.write(log_line)# 模拟程序运行日志
write_log('程序启动')
write_log('用户登录：admin')
write_log('警告：内存使用率超过80%')
write_log('程序退出')# 查看日志
with open('app.log', 'r', encoding='utf-8') as f:print('日志内容：\n', f.read())
输出结果：
日志内容：[2024-06-12 10:30:00] 程序启动[2024-06-12 10:30:05] 用户登录：admin[2024-06-12 10:30:10] 警告：内存使用率超过80%[2024-06-12 10:30:15] 程序退出
场景 3：文件加密/解密（简单替换加密）
def encrypt_file(src_path, dst_path, key=3):"""简单凯撒加密：每个字符ASCII码+key"""with open(src_path, 'r', encoding='utf-8') as src, open(dst_path, 'w', encoding='utf-8') as dst:for line in src:encrypted = ''.join([chr(ord(c) + key) for c in line])dst.write(encrypted)def decrypt_file(src_path, dst_path, key=3):"""解密：每个字符ASCII码-key"""with open(src_path, 'r', encoding='utf-8') as src, open(dst_path, 'w', encoding='utf-8') as dst:for line in src:decrypted = ''.join([chr(ord(c) - key) for c in line])dst.write(decrypted)# 测试加密解密
with open('secret.txt', 'w', encoding='utf-8') as f:f.write('Hello, 世界！')encrypt_file('secret.txt', 'encrypted.txt')
decrypt_file('encrypted.txt', 'decrypted.txt')# 验证结果
with open('decrypted.txt', 'r', encoding='utf-8') as f:print('解密后内容：', f.read()) # 输出：Hello, 世界！
九、最佳实践与避坑指南
-
始终用
with语句打开文件：自动管理资源，避免忘记close()导致的文件占用。 -
指定编码格式：文本文件操作时显式指定
encoding='utf-8'，避免中文乱码（尤其是 Windows 系统默认 GBK 编码）。 -
区分文本与二进制模式：
- 文本模式（
'r'/'w'）：用于.txt、.csv等，读写字符串，需编码； - 二进制模式（
'rb'/'wb'）：用于图片、音频、压缩包等，读写字节（bytes），无需编码。
- 文本模式（
-
处理大文件用迭代或分块：避免
read()一次性加载全部内容，防止内存溢出。 -
异常处理不可少：至少捕获
FileNotFoundError（文件不存在）和PermissionError（权限不足）。 -
谨慎使用
'w'模式：会清空原有文件，重要数据操作前先备份。 -
路径处理用
pathlib：跨平台兼容，避免手动拼接路径（如'dir' + '/' + 'file.txt'）。
十、总结
Python 文件操作核心围绕 open() 函数和文件对象展开，掌握以下几点即可应对绝大多数场景：
- 基础读写：
read()/write()+with语句； - 模式选择：根据需求选
'r'/'w'/'a'及二进制模式； - 高效处理：大文件用迭代，批量文件用
glob/pathlib； - 安全保障：异常处理 + 显式编码 + 谨慎模式。
通过本文的实例练习，可快速掌握从简单文本读写到复杂批量处理的全流程技能，为数据处理、日志分析、配置管理等任务打下坚实基础。
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