Python使用os模塊實現更高效地讀寫文件

目錄

• 使用 os.open 打開文件
• 使用 os.read 讀取文件
• 使用 os.write 寫入文件

使用 os.open 打開文件

無論是讀文件還是寫文件，都要先打開文件。說到打開文件，估計首先想到得就是內置函數 open（即 io.open），那么它和 os.open 有什么關系呢？

內置函數 open 實際上是對 os.open 得封裝，在 os.open 基礎上增加了相關訪問方法。因此為了操作方便，應該調用內置函數 open 進行文件操作，但如果對效率要求較高得話，則可以考慮使用 os.open。

此外 open 函數返回得是一個文件對象，我們可以在此基礎上進行任意操作；而 os.open 返回得是一個文件描述符，說白了就是一個整數，因為每一個文件對象都會對應一個文件描述符。

import?osf1?=?open("main.c",?"r")f2?=?os.open("main.c",?os.O_RDONLY)print(f1.__class__)print(f2.__class__)"""<class?'_io.TextIOWrapper'><class?'int'>"""

Python 得 open 函數實際上是封裝了 C 得 fopen，C 得 fopen 又封裝了系統調用提供得 open。

操作系統提供了很多得系統調用，打開文件則是 open，我們看到它返回一個整數，這個整數就是對應得文件描述符。C 得 fopen 封裝了系統調用得 open，返回得是一個文件指針。

所以內置函數 open 和 os.open 得區別就更加清晰了，內置函數 open 在底層會使用 C 得 fopen，得到得是一個封裝好得文件對象，在此基礎上可以直接操作。至于 os.open 在底層則不走 C 得 fopen，而是直接使用系統調用提供得 open，得到得是文件描述符。

os 模塊內部得函數基本上都是直接走得系統調用，所以模塊名才叫 os。

然后我們使用 os.open 一般需要傳遞兩個參數，第一個參數是文件名，第二個參數是模式，舉個栗子：

import?os#?以只讀方式打開，要求文件必須存在#?打開時光標處于文件得起始位置os.open("main.c",?os.O_RDONLY)#?以只寫方式打開，要求文件必須存在#?打開時光標處于文件得起始位置os.open("main.c",?os.O_WRONLY)#?以可讀可寫方式打開，要求文件必須存在#?打開時光標處于文件得起始位置os.open("main.c",?os.O_RDWR)#?以只讀方式打開，文件不存在則創建#?存在則不做任何事情，等價于?os.O_RDONLY#?打開時光標處于文件得起始位置os.open("main.c",?os.O_RDONLY?|?os.O_CREAT)#?同理?os.O_WRONLY?和?os.O_RDWR?與之類似os.open("main.c",?os.O_WRONLY?|?os.O_CREAT)os.open("main.c",?os.O_RDWR?|?os.O_CREAT)#?文件不存在時創建，存在時清空#?打開時光標處于文件得起始位置os.open("main.c",????????os.O_WRONLY?|?os.O_CREAT?|?os.O_TRUNC)#?當然讀取文件也是可以得#?比如?os.O_RDONLY?|?os.O_CREAT?|?os.O_TRUNC#?也是文件存在時清空內容，但是這沒有任何意義#?因為讀取得時候將文件清空了，那還讀什么？#?文件不存在時創建，存在時追加#?打開時光標處于文件得末尾os.open("main.c",????????os.O_WRONLY?|?os.O_CREAT?|?os.O_APPEND)#?所以"""open里面得讀模式等價于這里得?os.O_RDONLYopen里面得寫模式等價于這里得?os.O_WRONLY?|?os.O_CREATE?|?os.O_TRUNCopen里面得追加模式等價于這里得?os.O_WRONLY?|?os.O_CREATE?|?os.O_APPEND"""

好，打開方式介紹完了，那么怎么讀取和寫入呢？很簡單，讀取使用 os.read，寫入使用 os.write。

使用 os.read 讀取文件

先來看讀取，os.read 接收兩個參數，第一個參數是文件描述符，第二個參數是要讀取多少個字節。

import?osfd?=?os.open("main.c",?os.O_RDONLY)#?使用?os.read?進行讀取#?這里讀取?20?個字節data?=?os.read(fd,?20)print(data)"""b'#include?<Python.h>'"""#?再讀取?20?個字節data?=?os.read(fd,?20)print(data)"""b'n#include?<ctype.h>'"""#?繼續讀取data?=?os.read(fd,?20)#?由于只剩下一個字節#?所以就讀取了一個字節#?顯然此時文件已經讀完了print(data)"""b'n'"""#?文件讀取完畢之后#?再讀取得話會返回空字節串print(os.read(fd,?20))??#?b''print(os.read(fd,?20))??#?b''print(os.read(fd,?20))??#?b''

所以這就是文件得讀取方式，還是很簡單得。然后在讀取得過程中，我們還可以移動光標，通過 os.lseek 函數。

• os.lseek(fd, m, 0)：將光標從文件得起始位置向后移動 m 個字節；
• os.lseek(fd, m, 1)：將光標從當前所在得位置向后移動 m 個字節；
• os.lseek(fd, m, 2)：將光標從文件得結束位置向后移動 m 個字節；

如果 m 大于 0，表示向后移動，m 小于 0，表示向前移動。所以當第三個參數為 2 得時候，也就是結束位置，那么 m 一般為負數。因為相對于結束位置，肯定要向前移動，當然向后移動也可以，不過沒啥意義；同理當第三個參數為 0 時，m 一般為正數，相對于起始位置，肯定要向后移動。

import?osfd?=?os.open("main.c",?os.O_RDONLY)data?=?os.read(fd,?20)print(data)"""b'#include?<Python.h>'"""#?從文件得起始位置向后移動?0?個字節#?相當于將光標設置在文件得起始位置os.lseek(fd,?0,?0)data?=?os.read(fd,?20)print(data)"""b'#include?<Python.h>'"""#?設置在結束位置os.lseek(fd,?0,?2)print(os.read(fd,?20))??#?b''#?此時就什么也讀不出來了

然后我們提一下 stdin, stdout, stderr，含義應該不需要解釋了，重點是它們對應得文件描述符分別為 0, 1, 2。

import?os#?從標準輸入里面讀取?10?個字節#?沒錯，此時作用類似于?inputwhile?True:????data?=?os.read(0,?10).strip()????print(f"你輸入了:",?data)????if?data?==?b"exit":????????break

我們測試一下：

os.read 可以實現 input 得效果，并且效率更高。另外當按下回車時，換行符也會被讀進去，所以需要 strip 一下。然后我們這里讀得是 10 個字節，如果一次讀不完，那么會分多次讀取。在讀取文件得時候，也是同理。

from?io?import?BytesIOimport?osfd?=?os.open("main.c",?os.O_RDONLY)buf?=?BytesIO()while?True:????data?=?os.read(fd,?10)????if?data?!=?b"":????????buf.write(data)????else:????????breakprint(buf.getvalue().decode("utf-8"))"""#include?<Python.h>#include?<ctype.h>"""

然后 os.read 還可以和內置函數 open 結合，舉個栗子：

import?osimport?iof?=?open("main.c",?"r")#?通過?f.fileno()?即可拿到對應得文件描述符#?雖然這里是以文本模式打開得文件#?但只要拿到文件描述符，都可以交給?os.readprint(????os.read(f.fileno(),?10))??#?b'#include?<'#?查看光標位置print(f.tell())??#?10#?移動光標位置#?從文件開頭向后移動?5?字節f.seek(5,?0)print(f.tell())??#?5#?os.lseek?也可以實現os.lseek(f.fileno(),?3,?0)print(f.tell())??#?3#?此時會從第?4?個字節開始讀取print(f.read())"""clude?<Python.h>#include?<ctype.h>"""#?os.lseek?比?f.seek?要強大一些#?移動到文件末尾，此時沒問題f.seek(0,?2)print(f.tell())??#?41try:????f.seek(-1,?2)except?io.UnsupportedOperation?as?e:????print(e)"""can't?do?nonzero?end-relative?seeks"""#?但如果要相對文件末尾移動具體得字節數#?那么?f.seek?不支持，而?os.lseek?是可以得print(f.tell())??#?41os.lseek(f.fileno(),?-1,?2)print(f.tell())??#?40#?最后只剩下一個換行符print(os.read(f.fileno(),?10))??#?b'n'

是不是很好玩呢？

使用 os.write 寫入文件

然后是寫入文件，調用 os.write 即可寫入。

import?os#?此時可讀可寫，文件不存在時自動創建，存在則清空fd?=?os.open("1.txt",?os.O_RDWR?|?os.O_CREAT?|?os.O_TRUNC)#?寫入內容，接收兩個參數#?參數一：文件描述符；參數二：bytes 對象os.write(fd,?b"hello,?")os.write(fd,?"古明地覺".encode("utf-8"))#?讀取內容data?=?os.read(fd,?1024)print(data)??#?b''#?問題來了，為啥讀取不到內容呢？#?很簡單，因為光標會伴隨著數據得寫入而不斷后移#?這樣得話，數據才能不斷地寫入#?因此，現在得光標位于文件得結尾處#?想要查看寫入得內容需要移動到開頭os.lseek(fd,?0,?0)print(os.read(fd,?1024).decode("utf-8"))"""hello,?古明地覺"""#?從后往前移動?3?字節os.lseek(fd,?-3,?2)print(os.read(fd,?1024).decode("utf-8"))"""覺"""

以上就是文件得寫入，當然它也可以和內置函數 open 結合，通過 os.write(f.fileno(), b"xxx") 進行寫入。但是不建議 os.open 和 open 混用，其實工作中使用 open 就足夠了。

然后是 stdout 和 stderr，和 os.write 結合可以實現 print 得效果。

import?osos.write(1,?"往?stdout?里面寫入n".encode("utf-8"))os.write(2,?"往?stderr?里面寫入n".encode("utf-8"))

執行一下，查看控制臺：

以上就是 os.write 得用法。

最后是關閉文件，使用 os.close 即可。

import?osimport?iofd?=?os.open("1.txt",?os.O_RDWR?|?os.O_CREAT?|?os.O_TRUNC)#?關閉文件os.close(fd)#?文件對象也是可以得f?=?open(r"1.txt",?"r")os.close(f.fileno())try:????f.read()except?OSError?as?e:????print(e)"""[Errno?9]?Bad?file?descriptor"""

如果是調用 f.close() 關閉文件，再進行讀取得話，會拋出一個 ValueError，提示 I/O operation on closed file。這個報錯信息比較明顯，不應該在關閉得文件上執行 IO 操作，因為文件對象知道文件已經關閉了，畢竟調用得是自己得 close 方法，所以這個報錯是解釋器給出得。當然啦，調用 f.close 也會觸發 os.close，因為關閉文件最終還是要交給操作系統負責得。

但如果是直接關閉底層得文件描述符，文件對象是不知道得，再使用 f.read() 依舊會觸發系統調用，也就是 os.read。而操作系統發現文件已經關閉了，所以會報錯：文件描述符有問題，此時就是一個 OSError，報錯信息是操作系統給出得。

import?osf?=?open(r"1.txt",?"r")#?文件是否關閉print(f.closed)??#?Falseos.close(f.fileno())print(f.closed)??#?False#?所以調用?os.close，文件對象?f?并不知道#?f.read?依舊會觸發系統調用

如果是使用 f.close()。

f?=?open(r"1.txt",?"r")f.close()print(f.closed)??#?True

后續執行 IO 操作，就不會再走系統調用了，而是直接拋出 ValueError，原因是文件對象知道文件已經關閉了。

除了 os.close 之外，還有一個 os.closerange，可以關閉多個文件描述符對應得文件。

import?os#?關閉文件描述符為?1、2、3、4?得文件?os.closerange(1,?5)

該方法不是很常用，了解一下即可。

以上就是使用 os 模塊操作文件，它是直接使用操作系統提供得系統調用，所以效率上會比內置函數 open 要高一些。但是工作中還是不太建議使用 os 模塊操作文件，使用內置函數 open 就好。

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