无论是读文件还是写文件,都要先打开文件。说到打开文件,估计首先想到的就是内置函数 open(即 io.open),那么它和 os.open 有什么关系呢?
内置函数 open 实际上是对 os.open 的封装,在 os.open 基础上增加了相关访问方法。因此为了操作方便,应该调用内置函数 open 进行文件操作,但如果对效率要求较高的话,则可以考虑使用 os.open。
此外 open 函数返回的是一个文件对象,我们可以在此基础上进行任意操作;而 os.open 返回的是一个文件描述符,说白了就是一个整数,因为每一个文件对象都会对应一个文件描述符。
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 函数实际上是封装了 C 的 fopen,C 的 fopen 又封装了系统调用提供的 open。
操作系统提供了很多的系统调用,打开文件则是 open,我们看到它返回一个整数,这个整数就是对应的文件描述符。C 的 fopen 封装了系统调用的 open,返回的是一个文件指针。
所以内置函数 open 和 os.open 的区别就更加清晰了,内置函数 open 在底层会使用 C 的 fopen,得到的是一个封装好的文件对象,在此基础上可以直接操作。至于 os.open 在底层则不走 C 的 fopen,而是直接使用系统调用提供的 open,得到的是文件描述符。
os 模块内部的函数基本上都是直接走的系统调用,所以模块名才叫 os。
然后我们使用 os.open 一般需要传递两个参数,第一个参数是文件名,第二个参数是模式,举个栗子:
import os # 以只读方式打开,要求文件必须存在 # 打开时光标处于文件的起始位置 os.open("main.c", os.O_RDONLY) # 以只写方式打开,要求文件必须存在 # 打开时光标处于文件的起始位置 os.open("main.c", os.O_WRONLY) # 以可读可写方式打开,要求文件必须存在 # 打开时光标处于文件的起始位置 os.open("main.c", os.O_RDWR) # 以只读方式打开,文件不存在则创建 # 存在则不做任何事情,等价于 os.O_RDONLY # 打开时光标处于文件的起始位置 os.open("main.c", os.O_RDONLY | os.O_CREAT) # 同理 os.O_WRONLY 和 os.O_RDWR 与之类似 os.open("main.c", os.O_WRONLY | os.O_CREAT) os.open("main.c", os.O_RDWR | os.O_CREAT) # 文件不存在时创建,存在时清空 # 打开时光标处于文件的起始位置 os.open("main.c", os.O_WRONLY | os.O_CREAT | os.O_TRUNC) # 当然读取文件也是可以的 # 比如 os.O_RDONLY | os.O_CREAT | os.O_TRUNC # 也是文件存在时清空内容,但是这没有任何意义 # 因为读取的时候将文件清空了,那还读什么? # 文件不存在时创建,存在时追加 # 打开时光标处于文件的末尾 os.open("main.c", os.O_WRONLY | os.O_CREAT | os.O_APPEND) # 所以 """ open里面的读模式等价于这里的 os.O_RDONLY open里面的写模式等价于这里的 os.O_WRONLY | os.O_CREATE | os.O_TRUNC open里面的追加模式等价于这里的 os.O_WRONLY | os.O_CREATE | os.O_APPEND """
好,打开方式介绍完了,那么怎么读取和写入呢?很简单,读取使用 os.read,写入使用 os.write。
先来看读取,os.read 接收两个参数,第一个参数是文件描述符,第二个参数是要读取多少个字节。
import os fd = os.open("main.c", os.O_RDONLY) # 使用 os.read 进行读取 # 这里读取 20 个字节 data = os.read(fd, 20) print(data) """ b'#include <Python.h>' """ # 再读取 20 个字节 data = os.read(fd, 20) print(data) """ b'\n#include <ctype.h>' """ # 继续读取 data = os.read(fd, 20) # 由于只剩下一个字节 # 所以就读取了一个字节 # 显然此时文件已经读完了 print(data) """ b'\n' """ # 文件读取完毕之后 # 再读取的话会返回空字节串 print(os.read(fd, 20)) # b'' print(os.read(fd, 20)) # b'' print(os.read(fd, 20)) # b''
所以这就是文件的读取方式,还是很简单的。然后在读取的过程中,我们还可以移动光标,通过 os.lseek 函数。
如果 m 大于 0,表示向后移动,m 小于 0,表示向前移动。所以当第三个参数为 2 的时候,也就是结束位置,那么 m 一般为负数。因为相对于结束位置,肯定要向前移动,当然向后移动也可以,不过没啥意义;同理当第三个参数为 0 时,m 一般为正数,相对于起始位置,肯定要向后移动。
import os fd = os.open("main.c", os.O_RDONLY) data = os.read(fd, 20) print(data) """ b'#include <Python.h>' """ # 从文件的起始位置向后移动 0 个字节 # 相当于将光标设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>' """ # 设置在结束位置 os.lseek(fd, 0, 2) print(os.read(fd, 20)) # b'' # 此时就什么也读不出来了
然后我们提一下 stdin, stdout, stderr,含义应该不需要解释了,重点是它们对应的文件描述符分别为 0, 1, 2。
import os # 从标准输入里面读取 10 个字节 # 没错,此时作用类似于 input while True: data = os.read(0, 10).strip() print(f"你输入了:", data) if data == b"exit": break
我们测试一下:
os.read 可以实现 input 的效果,并且效率更高。另外当按下回车时,换行符也会被读进去,所以需要 strip 一下。然后我们这里读的是 10 个字节,如果一次读不完,那么会分多次读取。在读取文件的时候,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> """
然后 os.read 还可以和内置函数 open 结合,举个栗子:
import os import io f = open("main.c", "r") # 通过 f.fileno() 即可拿到对应的文件描述符 # 虽然这里是以文本模式打开的文件 # 但只要拿到文件描述符,都可以交给 os.read print( os.read(f.fileno(), 10) ) # b'#include <' # 查看光标位置 print(f.tell()) # 10 # 移动光标位置 # 从文件开头向后移动 5 字节 f.seek(5, 0) print(f.tell()) # 5 # os.lseek 也可以实现 os.lseek(f.fileno(), 3, 0) print(f.tell()) # 3 # 此时会从第 4 个字节开始读取 print(f.read()) """ clude <Python.h> #include <ctype.h> """ # os.lseek 比 f.seek 要强大一些 # 移动到文件末尾,此时没问题 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 """ # 但如果要相对文件末尾移动具体的字节数 # 那么 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 # 最后只剩下一个换行符 print(os.read(f.fileno(), 10)) # b'\n'
是不是很好玩呢?
然后是写入文件,调用 os.write 即可写入。
import os # 此时可读可写,文件不存在时自动创建,存在则清空 fd = os.open("1.txt", os.O_RDWR | os.O_CREAT | os.O_TRUNC) # 写入内容,接收两个参数 # 参数一:文件描述符;参数二:bytes 对象 os.write(fd, b"hello, ") os.write(fd, "古明地觉".encode("utf-8")) # 读取内容 data = os.read(fd, 1024) print(data) # b'' # 问题来了,为啥读取不到内容呢? # 很简单,因为光标会伴随着数据的写入而不断后移 # 这样的话,数据才能不断地写入 # 因此,现在的光标位于文件的结尾处 # 想要查看写入的内容需要移动到开头 os.lseek(fd, 0, 0) print(os.read(fd, 1024).decode("utf-8")) """ hello, 古明地觉 """ # 从后往前移动 3 字节 os.lseek(fd, -3, 2) print(os.read(fd, 1024).decode("utf-8")) """ 觉 """
以上就是文件的写入,当然它也可以和内置函数 open 结合,通过 os.write(f.fileno(), b"xxx") 进行写入。但是不建议 os.open 和 open 混用,其实工作中使用 open 就足够了。
然后是 stdout 和 stderr,和 os.write 结合可以实现 print 的效果。
import os os.write(1, "往 stdout 里面写入\n".encode("utf-8")) os.write(2, "往 stderr 里面写入\n".encode("utf-8"))
执行一下,查看控制台:
以上就是 os.write 的用法。
最后是关闭文件,使用 os.close 即可。
import os import io fd = os.open("1.txt", os.O_RDWR | os.O_CREAT | os.O_TRUNC) # 关闭文件 os.close(fd) # 文件对象也是可以的 f = open(r"1.txt", "r") os.close(f.fileno()) try: f.read() except OSError as e: print(e) """ [Errno 9] Bad file descriptor """
如果是调用 f.close() 关闭文件,再进行读取的话,会抛出一个 ValueError,提示 I/O operation on closed file。这个报错信息比较明显,不应该在关闭的文件上执行 IO 操作,因为文件对象知道文件已经关闭了,毕竟调用的是自己的 close 方法,所以这个报错是解释器给出的。当然啦,调用 f.close 也会触发 os.close,因为关闭文件最终还是要交给操作系统负责的。
但如果是直接关闭底层的文件描述符,文件对象是不知道的,再使用 f.read() 依旧会触发系统调用,也就是 os.read。而操作系统发现文件已经关闭了,所以会报错:文件描述符有问题,此时就是一个 OSError,报错信息是操作系统给出的。
import os f = open(r"1.txt", "r") # 文件是否关闭 print(f.closed) # False os.close(f.fileno()) print(f.closed) # False # 所以调用 os.close,文件对象 f 并不知道 # f.read 依旧会触发系统调用
如果是使用 f.close()。
f = open(r"1.txt", "r") f.close() print(f.closed) # True
后续执行 IO 操作,就不会再走系统调用了,而是直接抛出 ValueError,原因是文件对象知道文件已经关闭了。
除了 os.close 之外,还有一个 os.closerange,可以关闭多个文件描述符对应的文件。
import os # 关闭文件描述符为 1、2、3、4 的文件 os.closerange(1, 5)
该方法不是很常用,了解一下即可。
以上就是使用 os 模块操作文件,它是直接使用操作系统提供的系统调用,所以效率上会比内置函数 open 要高一些。但是工作中还是不太建议使用 os 模块操作文件,使用内置函数 open 就好。