最后

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2. 文件读写操作步骤

不同的编程语言读写文件的操作步骤大体都是一样的，都分为以下几个步骤：

1）打开文件，获取文件描述符2）操作文件描述符–读/写3）关闭文件

只是不同的编程语言提供的读写文件的api是不一样的，有些提供的功能比较丰富，有些比较简陋。

需要注意的是：文件读写操作完成后，应该及时关闭。一方面，文件对象会占用操作系统的资源；另外一方面，操作系统对同一时间能打开的文件描述符的数量是有限制的，在Linux操作系统上可以通过ulimit -n来查看这个显示数量。如果不及时关闭文件，还可能会造成数据丢失。因为我将数据写入文件时，操作系统不会立刻把数据写入磁盘，而是先把数据放到内存缓冲区异步写入磁盘。当调用close方法时，操作系统会保证把没有写入磁盘的数据全部写到磁盘上，否则可能会丢失数据。

三、文件打开模式

我们先来看下在Python、PHP和C语言中打开文件的函数定义

Python

# Python2
open(name[,mode[,buffering]])
# Python3
open(file,mode= 'r', buffering=-1,encoding=None,errorS=None,newline=None,closefd=True,opener=None)

PHP

resourcefopen ( string$filename, string$mode[, bool$use_include_path=false[, resource$context]] )

C语言

intopen(constchar* pathname,intflags);

会发现以上3种编程语言内置的打开文件的方法接收的参数中，除了都包含一个“文件路径名称”，还会包含一个mode参数（C语言的open函数中的flags参数作用相似）。这么mode参数定义的是打开文件时的模式，常见的文件打开模式有：只读、只写、可读可写、只追加。不同的编程语言中对文件打开模式的定义有些微小的差别，我们来看下Python中的文件打开模式有哪些。

***思考1：***r+、w+和a+都可以实现对文件的读写，那么他们有什么区别呢？

r+会覆盖当前文件指针所在位置的字符，如原来文件内容是"Hello，World"，打开文件后写入"hi"则文件内容会变成"hillo, World"

w+与r+的不同是，w+在打开文件时就会先将文件内容清空，不知道它有什么用

a+与r+的不同是，a+只能写到文件末尾（无论当前文件指针在哪里）

***思考2：***为什么要定义这些模式呢？为什么不能像我们用word打开一篇文档一样既可以读，又可以写，还可修改呢？

关于这个问题，我查了很多资料，也没找到很权威的说明。在跟同行朋友交流过程中，发现大家主要有两种观点：

跟安全有关，有这种观点的大部分是做运维的朋友，他们认为这就像linux上的rwx（读、写、执行）权限。

跟操作系统内核管理I/O的机制有关，有这种观点的大部分是做C开发的，特别是与内核相关的开发人员。为了提高读写速度，要写入磁盘的数据会先放进内存缓冲区，之后再回写。由于可能会同时打开很多文件，当要回写数据时，需要遍历以打开的文件判断是否需要回写。他们认为如果打开文件时指定了读写模式，那么需要回写时，只要去查找以“可写模式”打开的文件就可以了。

四、Python文件操作步骤示例

我们来读取这样一个文本文件：song.txt，该文件的字符编码为utf-8。

1. 菜鸟实现（只是实现功能）：

Python3实现：

#第一步:（以只读模式）打开文件
f = open('song.txt', 'r', encoding='utf-8')

#第二步:读取文件内容
print(f.read())

#第三步:关闭文件
f.close()

这里说下Python2的实现

#第一步:（以只读模式）打开文件
f = open('song.txt', 'r')

#第二步:读取文件内容
print(f.read().decode('utf-8'))

#第三步:关闭文件
f.close()

说明：

Python3中已经内置对Unicode的支持，字符串str已经是真正的Unicode字符串。也就是说Python3中的文件读取方法已经自动完成了解码处理，因此无需再手动进行解码，可以直接将读取的文件中的内容进行打印；Python2中的字符串str是字节串，读取文件得到的也是字节串，在打印之前应该手动将其解码成Unicode字符串。关于这部分的说明，可以参考之前这篇文章<<再谈Python中的字符串与字符编码>>。

2. 中级实现

在实现基本功能的前提下，考虑一些可能的意外因素。因为文件读写时都有可能产生IO错误（IOError），一旦出错，后面包括f.close()在内的所有代码都不会执行了。因此我们要保证文件无论如何都能被关闭。那么可以用try…finally来实现，这实际上就是try…except…finally的简化版（我们只用Python3来进行示例演示）：

f = ''
try:
    f = open("song.txt", 'r', encoding="utf-8")
    print(f.read())
    num = 10 / 0
finally:
    print( ">>>>>>finally")
    if f:
        f.close()

输出结果

输出结果说明，尽管with代码块中出现了异常，但是”>>>>>>finally“ 信息还是被打印了，说明finally代码块被执行，即文件关闭操作被执行。但是结果中错误信息还是被输出了，因此还是建议用一个完成的try…except…finally语句对异常信息进行捕获和处理。

3. 最佳实践

为了避免忘记或者为了避免每次都要手动关闭文件，我们可以使用with语句（一种语法糖，语法糖语句通常是为了简化某些操作而设计的）。with语句会在其代码块执行完毕之后自动关闭文件。因此我们可以这样来改写上面的程序：

with open("song.txt", 'r', encoding="utf-8' ) as f:
    print(f.read())
print(f.closed)

输出结果：

是不是变得简介多了，代码结构也比较清晰了。with之后打印的f.closed属性值为True，说明文件确实被关闭了。

思考:

with语句会帮我们自动处理异常信息吗？

要回答这个问题就要提到“上下文管理器” 和 with语句的工作流程。

with语句不仅仅可以用于文件操作，它实际上是一个很通用的结构，允许使用所谓的上下文管理器（context manager）。上下文管理器是一种支持__enter__()和__exit__()这两个方法的对象。__enter__()方法不带任何参数，它在进入with语句块的时候被调用，该方法的返回值会被赋值给as关键字之后的变量。__exit__()方法带有3个参数：type（异常类型）, value（异常信息）, trace（异常栈），当with语句的代码块执行完毕或执行过程中因为异常而被终止都会调用__exit__()方法。正常退出时该方法的3个参数都为None，异常退出时该方法的3个参数会被分别赋值。如果__exit__()方法返回值（真值测试结果）为True则表示异常已经被处理，命令执行结果中就不会抛出异常信息了；反之，如果__exit__()方法返回值（真值测试结果）为False，则表示异常没有被处理并且会向外抛出该异常。

现在我们应该明白了，异常信息会不会被处理是由with后的语句返回对象的__exit__()方法决定的。文件可以被用作上下文管理器。它的__enter__方法返回文件对象本身，__exit__方法会关闭文件并返回None。我们看下file类中关于这两个方法的实现：

def _enter_(self): # real signature unknown; restored from _doc_
    """_enter_ -> self. """
    return self

def _exit__(self,*excinfo): # real signature unknown; restored from _doc_
    """_exit_(*excinfo) -> None.Closes the file."""
    pass

可见，file类的__exit__()方法的返回值为None，None的真值测试结果为False，因此用于文件读写的with语句代码块中的异常信息还是会被抛出来，需要我们自己去捕获并处理。

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with open("song.txt", 'r', encoding=" utf-8") as f:
    print(f.read())
    num = 10/0

输出结果：

**注意：**上面所说的__exit__()方法返回值（真值测试结果）为True则表示异常已经被处理，指的是with代码块中出现的异常。它对于with关键字之后的代码中出现的异常是不起作用的，因为还没有进入上下文管理器就已经发生异常了。因此，无论如何，还是建议在必要的时候在with语句外面套上一层try…except来捕获和处理异常。

有关“上下文管理器”这个强大且高级的特性的更多信息，请参看Python参考手册中的上下文管理器部分。或者可以在Python库参考中查看上下文管理器和contextlib部分。

五、Python文件读取相关方法

我们知道，对文件的读取操作需要将文件中的数据加载到内存中，而上面所用到的read()方法会一次性把文件中所有的内容全部加载到内存中。这明显是不合理的，当遇到一个几个G的的文件时，必然会耗光机器的内存。这里我们来介绍下Python中读取文件的相关方法：

此外，还要两个与文件指针位置相关的方法

下面来看下操作实例

1. 读取指定长度的内容

Python2

with open('song.txt', 'r') as f:
    print(f.read(12).decode('utf-8'))

输出结果：

匆匆那年

结果说明：Python2中read(size)方法的size参数指定的要读取的字节数，而song.txt文件是UTF-8编码的内容，一个汉字占3个字节，因此12个字节刚好是4个汉字。

Python3

输出结果：

匆匆那年我们 究竟说

结果说明：Python3中read(size)方法的size参数指定的要读取的字符数，这与文件的字符编码无关，就是返回12个字符。

2. 读取文件中的一行内容

Python2

with open('song.txt', 'r', encoding='utf-8') as f:
    print(f.readline()

Python3

with open('song.txt', 'r') as f:
    print(f.readline(.decode('utf-8'))

输出结果都一样：

最后

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