Python使用os模塊實現更高效地讀寫文件
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，估計首先想到的就是內置函數 open（即 io.open），那麼它和 os.open 有什麼關系呢？
內置函數 open 實際上是對 os.open 的封裝，在 os.open 基礎上增加瞭相關訪問方法。因此為瞭操作方便，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的話，則可以考慮使用 os.open。
此外 open 函數返回的是一個文件對象，我們可以在此基礎上進行任意操作；而 os.open 返回的是一個文件描述符，說白瞭就是一個整數，因為每一個文件對象都會對應一個文件描述符。
import os
f1 = open("main.c", "r")
f2 = os.open("main.c", os.O_RDONLY)
print(f1.__class__)
print(f2.__class__)
"""
<class '_io.TextIOWrapper'>
<class 'int'>
"""
Python 的 open 函數實際上是封裝瞭 C 的 fopen，C 的 fopen 又封裝瞭系統調用提供的 open。
操作系統提供瞭很多的系統調用，打開文件則是 open，我們看到它返回一個整數，這個整數就是對應的文件描述符。C 的 fopen 封裝瞭系統調用的 open，返回的是一個文件指針。
所以內置函數 open 和 os.open 的區別就更加清晰瞭，內置函數 open 在底層會使用 C 的 fopen，得到的是一個封裝好的文件對象，在此基礎上可以直接操作。至於 os.open 在底層則不走 C 的 fopen，而是直接使用系統調用提供的 open，得到的是文件描述符。
os 模塊內部的函數基本上都是直接走的系統調用，所以模塊名才叫 os。
然後我們使用 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
# 以隻讀方式打開，要求文件必須存在
# 打開時光標處於文件的起始位置
os.open("main.c", os.O_RDONLY)
# 以隻寫方式打開，要求文件必須存在
# 打開時光標處於文件的起始位置
os.open("main.c", os.O_WRONLY)
# 以可讀可寫方式打開，要求文件必須存在
# 打開時光標處於文件的起始位置
os.open("main.c", os.O_RDWR)
# 以隻讀方式打開，文件不存在則創建
# 存在則不做任何事情，等價於 os.O_RDONLY
# 打開時光標處於文件的起始位置
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
# 打開時光標處於文件的起始位置
os.open("main.c",
os.O_WRONLY | os.O_CREAT | os.O_TRUNC)
# 當然讀取文件也是可以的
# 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
# 因為讀取的時候將文件清空瞭，那還讀什麼？
# 文件不存在時創建，存在時追加
# 打開時光標處於文件的末尾
os.open("main.c",
os.O_WRONLY | os.O_CREAT | os.O_APPEND)
# 所以
"""
open裡面的讀模式等價於這裡的 os.O_RDONLY
open裡面的寫模式等價於這裡的 os.O_WRONLY | os.O_CREATE | os.O_TRUNC
open裡面的追加模式等價於這裡的 os.O_WRONLY | os.O_CREATE | os.O_APPEND
"""
好，打開方式介紹完瞭，那麼怎麼讀取和寫入呢？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 os
fd = os.open("main.c", os.O_RDONLY)
# 使用 os.read 進行讀取
# 這裡讀取 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)
# 由於隻剩下一個字節
# 所以就讀取瞭一個字節
# 顯然此時文件已經讀完瞭
print(data)
"""
b'\n'
"""
# 文件讀取完畢之後
# 再讀取的話會返回空字節串
print(os.read(fd, 20)) # b''
print(os.read(fd, 20)) # b''
print(os.read(fd, 20)) # b''
所以這就是文件的讀取方式，還是很簡單的。然後在讀取的過程中，我們還可以移動光標，通過 os.lseek 函數。
- os.lseek(fd, m, 0)：將光標從文件的起始位置向後移動 m 個字節；
- os.lseek(fd, m, 1)：將光標從當前所在的位置向後移動 m 個字節；
- os.lseek(fd, m, 2)：將光標從文件的結束位置向後移動 m 個字節；
如果 m 大於 0，表示向後移動，m 小於 0，表示向前移動。所以當第三個參數為 2 的時候，也就是結束位置，那麼 m 一般為負數。因為相對於結束位置，肯定要向前移動，當然向後移動也可以，不過沒啥意義；同理當第三個參數為 0 時，m 一般為正數，相對於起始位置，肯定要向後移動。
import os
fd = os.open("main.c", os.O_RDONLY)
data = os.read(fd, 20)
print(data)
"""
b'#include <Python.h>'
"""
# 從文件的起始位置向後移動 0 個字節
# 相當於將光標設置在文件的起始位置
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''
# 此時就什麼也讀不出來瞭
然後我們提一下 stdin, stdout, stderr，含義應該不需要解釋瞭，重點是它們對應的文件描述符分別為 0, 1, 2。
import os # 從標準輸入裡面讀取 10 個字節 # 沒錯，此時作用類似於 input while True: data = os.read(0, 10).strip() print(f"你輸入瞭:", data) if data == b"exit": break
我們測試一下：
os.read 可以實現 input 的效果，並且效率更高。另外當按下回車時，換行符也會被讀進去，所以需要 strip 一下。然後我們這裡讀的是 10 個字節，如果一次讀不完，那麼會分多次讀取。在讀取文件的時候，也是同理。
from io import BytesIO
import os
fd = os.open("main.c", os.O_RDONLY)
buf = BytesIO()
while True:
data = os.read(fd, 10)
if data != b"":
buf.write(data)
else:
break
print(buf.getvalue().decode("utf-8"))
"""
#include <Python.h>
#include <ctype.h>
"""
然後 os.read 還可以和內置函數 open 結合，舉個栗子：
import os
import io
f = open("main.c", "r")
# 通過 f.fileno() 即可拿到對應的文件描述符
# 雖然這裡是以文本模式打開的文件
# 但隻要拿到文件描述符，都可以交給 os.read
print(
os.read(f.fileno(), 10)
) # b'#include <'
# 查看光標位置
print(f.tell()) # 10
# 移動光標位置
# 從文件開頭向後移動 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()) # 41
try:
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的字節數
# 那麼 f.seek 不支持，而 os.lseek 是可以的
print(f.tell()) # 41
os.lseek(f.fileno(), -1, 2)
print(f.tell()) # 40
# 最後隻剩下一個換行符
print(os.read(f.fileno(), 10)) # b'\n'
是不是很好玩呢？
使用 os.write 寫入文件
然後是寫入文件，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''
# 問題來瞭，為啥讀取不到內容呢？
# 很簡單，因為光標會伴隨著數據的寫入而不斷後移
# 這樣的話，數據才能不斷地寫入
# 因此，現在的光標位於文件的結尾處
# 想要查看寫入的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
"""
# 從後往前移動 3 字節
os.lseek(fd, -3, 2)
print(os.read(fd, 1024).decode("utf-8"))
"""
覺
"""
以上就是文件的寫入，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 就足夠瞭。
然後是 stdout 和 stderr，和 os.write 結合可以實現 print 的效果。
import os
os.write(1, "往 stdout 裡面寫入\n".encode("utf-8"))
os.write(2, "往 stderr 裡面寫入\n".encode("utf-8"))
執行一下，查看控制臺：
以上就是 os.write 的用法。
最後是關閉文件，使用 os.close 即可。
import os
import io
fd = os.open("1.txt", os.O_RDWR | os.O_CREAT | os.O_TRUNC)
# 關閉文件
os.close(fd)
# 文件對象也是可以的
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，再進行讀取的話，會拋出一個 ValueError，提示 I/O operation on closed file。這個報錯信息比較明顯，不應該在關閉的文件上執行 IO 操作，因為文件對象知道文件已經關閉瞭，畢竟調用的是自己的 close 方法，所以這個報錯是解釋器給出的。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的。
但如果是直接關閉底層的文件描述符，文件對象是不知道的，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瞭，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的。
import os f = open(r"1.txt", "r") # 文件是否關閉 print(f.closed) # False os.close(f.fileno()) print(f.closed) # False # 所以調用 os.close，文件對象 f 並不知道 # 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
後續執行 IO 操作，就不會再走系統調用瞭，而是直接拋出 ValueError，原因是文件對象知道文件已經關閉瞭。
除瞭 os.close 之外，還有一個 os.closerange，可以關閉多個文件描述符對應的文件。
import os # 關閉文件描述符為 1、2、3、4 的文件 os.closerange(1, 5)
該方法不是很常用，瞭解一下即可。
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的系統調用，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。
到此這篇關於Python使用os模塊實現更高效地讀寫文件的文章就介紹到這瞭,更多相關Python os模塊讀寫文件內容請搜索WalkonNet以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大傢以後多多支持WalkonNet！