淺談Python3中開啟檔案的方式(With open)

2022-08-19 14:02:24

0.背景知識

python檔案讀寫檔案是最常見的IO操作。Python內建了讀寫檔案的函數，用法和C是相容的。
讀寫檔案前，我們先必須瞭解一下，在磁碟上讀寫檔案的功能都是由作業系統提供的，現代作業系統不允許普通的程式直接操作磁碟。
讀寫檔案就是請求作業系統開啟一個檔案物件（通常稱為檔案描述符），然後，通過作業系統提供的介面從這個檔案物件中讀取資料（讀檔案），或者把資料寫入這個檔案物件（寫檔案）

常見的IO操作的型別如下：

type	info
r	以唯讀方式開啟檔案。檔案的指標將會放在檔案的開頭。這是預設模式。
w	開啟一個檔案只用於寫入。如果該檔案已存在則將其覆蓋。如果該檔案不存在，建立新檔案。
a	開啟一個檔案用於追加。如果該檔案已存在，檔案指標將會放在檔案的結尾。也就是說，新的內容將會被寫入到已有內容之後。如果該檔案不存在，建立新檔案進行寫入。
rb	以二進位制格式開啟一個檔案用於唯讀。檔案指標將會放在檔案的開頭。這是預設模式。
wb	以二進位制格式開啟一個檔案只用於寫入。如果該檔案已存在則將其覆蓋。如果該檔案不存在，建立新檔案。
ab	以二進位制格式開啟一個檔案用於追加。如果該檔案已存在，檔案指標將會放在檔案的結尾。也就是說，新的內容將會被寫入到已有內容之後。如果該檔案不存在，建立新檔案進行寫入。
r+	開啟一個檔案用於讀寫。檔案指標將會放在檔案的開頭。
w+	開啟一個檔案用於讀寫。如果該檔案已存在則將其覆蓋。如果該檔案不存在，建立新檔案。
a+	開啟一個檔案用於讀寫。如果該檔案已存在，檔案指標將會放在檔案的結尾。檔案開啟時會是追加模式。如果該檔案不存在，建立新檔案用於讀寫。
rb+	以二進位制格式開啟一個檔案用於讀寫。檔案指標將會放在檔案的開頭。
wb+	以二進位制格式開啟一個檔案用於讀寫。如果該檔案已存在則將其覆蓋。如果該檔案不存在，建立新檔案。
ab+	以二進位制格式開啟一個檔案用於追加。如果該檔案已存在，檔案指標將會放在檔案的結尾。如果該檔案不存在，建立新檔案用於讀寫。

1.常規方式：讀取檔案-----open()

step1: 開啟

f = open( '/Users/michael/test.txt', 'r' )

r 表示讀取檔案，我們就成功地開啟了一個檔案

但是，如果檔案不存在，open()函數就會丟擲一個IOError的錯誤，並且給出錯誤碼和詳細的資訊告訴你檔案不存在,錯誤情況如下：

f=open('/Users/michael/notfound.txt', 'r')
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
FileNotFoundError: [Errno 2] No such file or directory: '/Users/michael/notfound.txt'

step2: 讀取

如果檔案開啟成功，接下來，呼叫read()方法可以一次讀取檔案的全部內容，Python把內容讀到記憶體，用一個str物件表示：

f.read()
'Hello, world!'

step3: 關閉

最後一步是呼叫close()方法關閉檔案。檔案使用完畢後必須關閉，因為檔案物件會佔用作業系統的資源，並且作業系統同一時間能開啟的檔案數量也是有限的：

f.close()

由於檔案讀寫時都有可能產生IOError，一旦出錯，後面的f.close()就不會呼叫。所以，為了保證無論是否出錯都能正確地關閉檔案，我們可以使用try … finally來實現：

最終方案：

try:
	f = open('/path/to/file', 'r')
	print(f.read())
finally:
	if f:
		f.close()

2.推薦方式：讀取檔案-----With Open

1).讀取方式

每次如果都按照如上最終方案去寫的話，實在太繁瑣。Python引入了with語句來自動幫我們呼叫close()方法
重點：！！！with 的作用就是自動呼叫close（）方法！！！

with open( '/path/to/file', 'r' ) as f:
	print( f.read() ) 

# 這和前面的try ... finally是一樣的，但是程式碼更佳簡潔，並且不必呼叫f.close()方法

f.read()：讀取全部檔案內容
f.read(size): 每次讀取size個位元組內容
f.readline(): 每次讀取一行的內容
f.readlines(): 讀取全部內容，但結果是個list，每行內容是一個元素

如果遇到超大檔案，需要注意：

呼叫read()會一次性讀取檔案的全部內容，如果檔案有10G，記憶體就爆了。
要保險起見，可以反覆呼叫read(size)方法，每次最多讀取size個位元組的內容。例如，read(1024) 每次讀取1024個位元組的資料內容
呼叫readline()可以每次讀取一行內容，呼叫readlines()一次讀取所有內容並按行返回list。因此，要根據需要決定怎麼呼叫。
如果檔案很小，read()一次性讀取最方便；如果不能確定檔案大小，反覆呼叫read(size)比較保險；如果是組態檔，呼叫readlines()最方便：

for line in f.readlines():
	print( line.strip() ) 


# 讀取檔案之後，文字末尾會出現'n'
# strip() 函數中可以把目標內容line裡面所有的空格，空行等都刪除掉，只剩余文字內容

2).常見的坑

讀取靜態檔案的函數，最好不要寫相對路徑！！！

（1）如上圖，Fold001資料夾下面有個read_file.py檔案，這個檔案讀取hello.txt檔案，程式碼如上圖，這樣可以正常參照
（2）但如果參照靜態檔案的函數，被其他函數再次呼叫的時候。例如被Fold002裡面的函數read.py呼叫，那麼readfile（）函數相當於是在read.py所在目錄執行的，那麼靜態檔案hello.txt相對於read.py的路徑，就不是上圖的路徑了，否者會執行會報錯，如下

3).跳過第一行內容(欄位名)

  with open(file_path, 'r', encoding='utf-8-sig') as f:
      next(f)						# 最終讀取到的內容，直接跳過第一行了
      all_line_list = f.readlines()

3.寫入內容----open()函數

寫檔案和讀檔案是一樣的，唯一區別是呼叫open()函數時，傳入識別符號’w’或者’wb’表示寫文字檔案或寫二進位制檔案：

f = open('/Users/michael/test.txt', 'w')
f.write('Hello, world!')
f.close()

open函數使用注意地方：

你可以反覆呼叫write()來寫入檔案，但是務必要呼叫f.close()來關閉檔案。
當我們寫檔案時，作業系統往往不會立刻把資料寫入磁碟，而是放到記憶體快取起來，空閒的時候再慢慢寫入。
只有呼叫close()方法時，作業系統才保證把沒有寫入的資料全部寫入磁碟。忘記呼叫close()的後果是資料可能只寫了一部分到磁碟，剩下的丟失了。所以，還是用with語句來得保險

4.寫入內容----- With Open函數

with open('/Users/michael/test.txt', 'w') as f:
	f.write('Hello, world!')

要寫入特定編碼的文字檔案，請給open()函數傳入encoding引數，將字串自動轉換成指定編碼字元編碼

5.開啟非utf-8編碼的檔案

要讀取非UTF-8編碼的文字檔案，需要給open()函數傳入encoding引數，例如，讀取GBK編碼的檔案：

with open('/Users/michael/gbk.txt', 'r', encoding='gbk') as f:
    f.read()

遇到有些編碼不規範的檔案，你可能會遇到UnicodeDecodeError，因為在文字檔案中可能夾雜了一些非法編碼的字元。
open()函數還接收一個errors引數，errors=‘ignore’ 表示遇到編碼錯誤的時候直接忽略

with open('/Users/michael/gbk.txt', 'r', encoding='gbk',errors='ignore') as f:
    f.read()

6.開啟二進位制檔案

前面講的預設都是讀取文字檔案，並且是UTF-8編碼的文字檔案。要讀取二進位制檔案，比如圖片、視訊等等，用’rb’模式開啟檔案即可：

with open('/Users/michael/test.jpg', 'rb') as f:
    f.read()

#  b'xffxd8xffxe1x00x18Exifx00x00...'            十六進位製表示的位元組

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