Python 文件读取

从文件读取数据涉及打开文件，读取其内容，然后关闭文件以释放系统资源。Python 提供了几种方法来从文件读取数据，每种方法适合不同的应用场景。

打开文件用于读取

打开文件是读取其内容的第一步。在 Python 中，使用 open() 函数来打开文件。此函数至少需要一个参数，即文件名，并可选地指定打开文件的目的模式。

为了以读取模式打开文件，你使用 'r' 模式。这是默认模式，所以如果你只需要从文件读取数据，你可以省略它。

使用 `read()` 方法读取文件

read() 方法用来读取文件的内容。它读取文件的全部内容作为一个单一的字符串。当你需要一次处理整个文件时，这种方法特别有用。

语法

下面是 read() 方法的基本语法：

file_object.read(size)

其中，

file_object 是由 open() 函数返回的文件对象。
size 是要从文件中读取的字节数。这是一个可选参数。如果省略或设置为负数，则方法会读取到文件末尾。

示例

在下面的示例中，我们以读取模式打开文件 example.txt。然后使用 read() 方法读取文件的全部内容：

# 以读取模式打开文件
file = open('example.txt', 'r')

# 读取文件的全部内容
content = file.read()

# 打印内容
print(content)

# 关闭文件
file.close()

执行以上代码后，得到的输出如下：

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使用 `readline()` 方法读取文件

readline() 方法用来一次读取文件的一行。当你需要逐行处理文件时，特别是在读取整个内容不实际的大文件时，这种方法很有用。

语法

下面是 readline() 方法的基本语法：

file_object.readline(size)

其中，

file_object 是由 open() 函数返回的文件对象。
size 是一个可选参数，指定从行中读取的最大字节数。如果省略或设置为负数，则方法读取到行末尾。

示例

在下面的示例中，我们以读取模式打开文件 example.txt。然后使用 readline() 方法读取文件的第一行：

# 以读取模式打开文件
file = open('example.txt', 'r')

# 读取文件的第一行
line = file.readline()

# 打印这一行
print(line)

# 关闭文件
file.close()

上面代码的输出如下：

welcome to Tutorialspoint.

使用 `readlines()` 方法读取文件

readlines() 方法读取文件的所有行并将其作为字符串列表返回。列表中的每个字符串代表文件中的一行，包括每一行末尾的新行字符。

当需要一次处理或分析文件的所有行时，这种方法特别有用。

语法

下面是 readlines() 方法的基本语法：

file_object.readlines(hint)

其中，

file_object 是由 open() 函数返回的文件对象。
hint 是一个可选参数，指定要读取的字节数。如果指定，它读取指定字节数的行，不一定读取整个文件。

示例

在这个例子中，我们以读取模式打开文件 example.txt。然后使用 readlines() 方法读取文件的所有行并将其作为一个字符串列表返回：

# 以读取模式打开文件
file = open('example.txt', 'r')

# 读取文件的所有行
lines = file.readlines()

# 打印这些行
for line in lines:
   print(line, end='')

# 关闭文件
file.close()

上面代码的输出如下：

welcome to Tutorialspoint.
Hi Surya.
How are you?.

使用 “with” 语句

Python 中的 “with” 语句用于异常处理。在处理文件时，使用 “with” 语句可以确保文件在读取后被正确关闭，即使发生了异常也是如此。

当你使用 with 语句打开一个文件时，文件会在块结束时自动关闭，即使块内部发生了错误。

示例

下面是一个简单的示例，展示如何使用 with 语句打开、读取并打印文件的内容：

# 使用 with 语句打开文件
with open('example.txt', 'r') as file:
   content = file.read()
   print(content)

我们得到的输出如下：

welcome to Tutorialspoint.
Hi Surya.
How are you?.

在二进制模式下读取文件

默认情况下，对文件对象的操作是在文本字符串数据上执行的。如果我们想处理不同类型的文件，比如媒体文件（mp3）、可执行文件（exe）或图片（jpg），我们必须在读/写模式前加上 'b' 前缀以二进制模式打开文件。

写入二进制文件

假设 test.bin 文件已经在二进制模式下被写入：

# 以二进制写入模式打开文件
with open('test.bin', 'wb') as f:
   data = b"Hello World"
   f.write(data)

示例

要读取一个二进制文件，我们需要以 'rb' 模式打开它。read() 方法返回的值在打印前需要解码：

# 以二进制读取模式打开文件
with open('test.bin', 'rb') as f:
   data = f.read()
   print(data.decode(encoding='utf-8'))

它会产生以下输出：

Hello World

从文件中读取整型数据

要将整型数据写入二进制文件，应该使用 to_bytes() 方法将整型对象转换为字节。

写入整型到二进制文件

下面是一个如何将整型写入二进制文件的例子：

# 将整型转换为字节并写入二进制文件
n = 25
data = n.to_bytes(8, 'big')

with open('test.bin', 'wb') as f:
   f.write(data)

从二进制文件读取整型

要从二进制文件中读回整型数据，需要将 read() 函数的输出转换回整型：

# 从文件中读取二进制数据并转换回整型
with open('test.bin', 'rb') as f:
   data = f.read()
   n = int.from_bytes(data, 'big')
   print(n)

从文件中读取浮点型数据

对于处理二进制文件中的浮点型数据，我们需要使用 Python 标准库中的 struct 模块。该模块帮助在 Python 值与表示为 Python 字节对象的 C 结构体之间转换。

写入浮点型到二进制文件

要将浮点型数据写入二进制文件，我们使用 struct.pack() 方法将浮点数转换为字节对象：

import struct

# 定义一个浮点数
x = 23.50

# 将浮点数打包成二进制格式
data = struct.pack('f', x)

# 以二进制写入模式打开文件并写入打包后的数据
with open('test.bin', 'wb') as f:
   f.write(data)

从二进制文件读取浮点数

要从二进制文件中读取浮点型数据，我们使用 struct.unpack() 方法将字节对象转换回浮点数：

import struct

# 以二进制读取模式打开文件
with open('test.bin', 'rb') as f:
   # 从文件中读取二进制数据
   data = f.read()
    
   # 解包二进制数据以获取浮点数
   x = struct.unpack('f', data)[0]
    
   # 打印浮点数值
   print(x)

使用 ‘r+’ 模式读取和写入文件

当文件以读取模式（'r' 或 'rb'）打开时，除非关闭文件并以不同模式重新打开，否则不可能写入数据。为了同时进行读取和写入操作，可以在模式参数中加上 + 字符。使用 'w+' 或 'r+' 模式可以启用 write() 和 read() 方法而不需要关闭文件。

此外，文件对象支持 seek() 函数，这允许将读/写指针重新定位到文件内的任何期望字节位置。

语法

下面是 seek() 方法的语法：

fileObject.seek(offset[, whence])

参数：

offset —— 这是指定文件内读/写指针的位置。
whence —— 这是可选的，默认为 0 表示绝对文件定位，其他值为 1 表示相对于当前位置定位，2 表示相对于文件末尾定位。

示例

下面的程序以 'r+' 模式（读写模式）打开文件，在文件中的某个位置重新定位，并从该位置读取数据：

# 以读写模式打开文件
with open("foo.txt", "r+") as fo:
   # 将读/写指针移到第 10 字节位置
   fo.seek(10, 0)
    
   # 从当前位置读取 3 字节
   data = fo.read(3)
    
   # 打印读取的数据
   print(data)

执行以上代码后，得到的输出如下：

rat

在 Python 中同时读取和写入文件

当文件以写入模式（'w' 或 'a'）打开时，不可能从中读取，并尝试这样做将会抛出 UnsupportedOperation 错误。

同样，当文件以读取模式（'r' 或 'rb'）打开时，不允许向其中写入。为了在读取和写入之间切换，通常需要关闭文件并以所需的模式重新打开它。

为了同时进行读取和写入操作，可以在模式参数中加上 + 字符。使用 'w+' 或 'r+' 模式可以启用 write() 和 read() 方法而不需要关闭文件。

另外，文件对象支持 seek() 函数，这允许你将读/写指针重新定位到文件内的任何期望字节位置。

示例

在这个示例中，我们在 'r+' 模式下打开文件并向文件写入数据。seek(0) 方法将指针重新定位到文件的开头：

# 以读写模式打开文件
with open("foo.txt", "r+") as fo:
   # 向文件写入数据
   fo.write("This is a rat race")

   # 将指针重新定位到文件的开头
   fo.seek(0)

   # 从文件读取数据
   data = fo.read()
   print(data)

从特定偏移量读取文件

我们可以使用 seek() 方法将文件的当前位置设置到指定的偏移量。

如果使用 'a' 或 'a+' 模式打开文件用于追加，则任何 seek() 操作将在下次写入时失效。如果仅以追加模式 ('a') 打开文件用于写入，此方法基本上无效，但它对于以允许读取的追加模式 ('a+') 打开的文件仍然有用。如果使用 't' 模式以文本方式打开文件，则只有 tell() 返回的偏移量是合法的。使用其他偏移量会导致未定义的行为。注意，并非所有的文件对象都是可寻址的。

示例

下面的示例演示了如何使用 seek() 方法在文件上执行同步的读/写操作。文件以 w+ 模式（读写模式）打开，添加一些数据，然后在特定位置读取并修改文件：

# 以读写模式打开文件
fo = open("foo.txt", "w+")

# 向文件写入初始数据
fo.write("This is a rat race")

# 寻找文件中的特定位置
fo.seek(10, 0)

# 从当前位置读取几个字节
data = fo.read(3)
print("从位置 10 读取的数据:", data)

# 回退到相同位置
fo.seek(10, 0)

# 覆盖早期内容的新文本
fo.write("cat")

# 回退到文件的开头
fo.seek(0, 0)

# 读取整个文件内容
data = fo.read()
print("更新后的文件内容:", data)

# 关闭文件
fo.close()

上面代码的输出如下：

从位置 10 读取的数据: rat
更新后的文件内容: This is a cat race