Python 文件處理簡介

檔案處理是使用 Python 最重要的方面之一。無論您是閱讀文字文件、編寫日誌、處理 CSV 文件還是儲存數據，了解如何使用文件至關重要。幸運的是，Python 的內建函數可讓您輕鬆建立、開啟、讀取、寫入和操作文件，而無需費力。

在本文中，我們將深入探討 Python 中檔案處理的基礎知識，涵蓋從開啟檔案到處理 CSV 和 JSON 等常見檔案格式的所有內容。我們還將分享有關高效處理大文件並確保您安全處理文件的技巧。最後，您將自信地使用 Python 來管理專案中的檔案。

我們將要涵蓋的內容：

1. 開啟和關閉檔案
2. 從檔案讀取
3. 寫入檔案
4. 處理二進位檔案
5. 處理異常
6. 使用 os 和 pathlib 進行檔案操作
7. 使用 CSV 和 JSON 檔案
8. 高效文件處理技巧
9. 文件編碼與跨平台注意事項

1. 開啟和關閉文件

當您使用文件時，第一步是開啟文件。在 Python 中，這是使用 open() 函數完成的，該函數有兩個主要參數：檔案名稱和要開啟檔案的模式（例如讀取“r”、寫入“w”或附加“a”） ）。完成後，關閉文件以釋放資源非常重要。

範例：

# Open a file in write mode
file = open("example.txt", "w")

# Write some content to the file
file.write("Hello, World!")

# Always close the file after you're done to free up system resources
file.close()

說明：

open("example.txt", "w")：以寫入模式開啟檔案 example.txt。如果該檔案不存在，Python 將建立它。如果確實存在，則會被覆蓋。
file.write("Hello, World!")：寫入字串「Hello, World!」到檔案。
file.close()：關閉文件，這是確保保存所有變更並釋放資源所必需的。
更好的實踐：使用 with 語句

with 語句會在您完成後自動關閉文件，因此您無需明確呼叫 close()。

with open("example.txt", "w") as file:
    file.write("Hello, World!")
# The file is automatically closed here, even if an error occurs

說明：

with 語句確保在執行程式碼區塊後自動關閉文件，即使程式碼區塊內發生錯誤也是如此。這可以防止意外的資料遺失或資源外洩。

2. 從檔案中讀取

Python 中有多種讀取檔案的方法，取決於您是要一次讀取整個檔案還是逐行處理它。

範例（讀取整個檔案）：

with open("example.txt", "r") as file:
    content = file.read()  # Read the entire file at once
    print(content)

說明：

open("example.txt", "r"): 以讀取模式開啟檔案 ("r")。
file.read()：將檔案的全部內容讀入變數content。這適用於小文件，但對於大文件可能效率低下。
print(content): 將內容輸出到控制台。

範例（高效率逐行閱讀）：

# Open a file in write mode
file = open("example.txt", "w")

# Write some content to the file
file.write("Hello, World!")

# Always close the file after you're done to free up system resources
file.close()

說明：

for line in file 循環逐行讀取文件，從而提高大文件的記憶體效率。
line.strip()：在列印之前從每行中刪除任何前導/尾隨空格或換行符。

3. 寫入文件

要將資料寫入文件，我們使用「w」或「a」模式。 「w」模式會覆蓋文件，而「a」會追加到現有內容。

範例（寫入檔案）：

with open("example.txt", "w") as file:
    file.write("Hello, World!")
# The file is automatically closed here, even if an error occurs

說明：

open("example.txt", "w")：以寫入模式開啟文件，如果文件不存在則建立該文件，如果存在則刪除內容。
file.write()：將字串寫入檔案。如果需要，您可以在新行中新增 n。

範例（附加到文件）：

with open("example.txt", "r") as file:
    content = file.read()  # Read the entire file at once
    print(content)

說明：

open("example.txt", "a")：以追加模式（"a"）開啟文件，這表示新資料將新增至文件末尾，而不刪除現有內容。
file.write("nThis will beappend at the end.")：在檔案結尾寫入新行，新增 n 移動到新行。

4. 處理二進位文件

處理非文字檔案（例如影像、影片或其他二進位資料）時，需要使用二進位模式（「rb」用於讀取，「wb」用於寫入）。

範例（讀取二進位檔案）：

with open("example.txt", "r") as file:
    for line in file:  # Loop through each line in the file
        print(line.strip())  # Remove trailing newline characters and print the line

說明：

open("image.jpg", "rb")：以讀取二進位模式（"rb"）開啟文件，這對於二進位資料是必需的。
binary_file.read()：讀取檔案的整個二進位內容。
binary_data[:10]：顯示檔案的前 10 個位元組。這對於預覽或處理區塊中的二進位資料非常有用。

5. 異常處理

處理檔案時，可能會發生檔案遺失或權限問題等錯誤。您可以使用 try- except 區塊優雅地處理這些錯誤。

範例：

with open("example.txt", "w") as file:
    file.write("Writing a new line of text.")

說明：

try 區塊嘗試開啟並讀取可能不存在的檔案。
如果未找到文件，則 except FileNotFoundError 區塊會捕獲錯誤並列印一條用戶友好的訊息，而不是使程式崩潰。

6.使用os和pathlib進行檔案操作

os 和 pathlib 模組提供了與檔案系統互動的方法，而不僅僅是開啟和關閉檔案。您可以檢查檔案是否存在、重新命名或刪除它們。

範例（作業系統模組）：

# Open a file in write mode
file = open("example.txt", "w")

# Write some content to the file
file.write("Hello, World!")

# Always close the file after you're done to free up system resources
file.close()

說明：

with open("example.txt", "w") as file:
    file.write("Hello, World!")
# The file is automatically closed here, even if an error occurs

範例（pathlib 模組）：

with open("example.txt", "r") as file:
    content = file.read()  # Read the entire file at once
    print(content)

說明：

Path("new_example.txt")：建立一個指向檔案的 Path 物件。
file_path.exists(): 檢查檔案是否存在。
file_path.unlink(): 刪除檔案。

7. 使用 CSV 和 JSON 文件

Python 的 csv 和 json 模組可以輕鬆處理結構化資料格式，例如 CSV（逗號分隔值）和 JSON（JavaScript 物件表示法）。

CSV 檔案

csv 模組可讓您處理按行和列組織的資料。

範例（寫入 CSV）：

with open("example.txt", "r") as file:
    for line in file:  # Loop through each line in the file
        print(line.strip())  # Remove trailing newline characters and print the line

說明：

csv.writer(file)：建立一個 writer 物件以將行寫入 CSV 檔案。
writer.writerow()：將每一行資料寫入檔案。

範例（讀取 CSV）：

with open("example.txt", "w") as file:
    file.write("Writing a new line of text.")

說明：

在上面的程式碼區塊中，csv.reader(file)：建立一個迭代 CSV 檔案中每一行的讀取器物件。
讀取器循環中的 for row 讀取每一行並列印它。
JSON 檔案
json 模組非常適合讀取和寫入鍵值對結構的資料。

範例（寫 JSON）：

with open("example.txt", "a") as file:
    file.write("\nThis will be appended at the end.")

說明：

json.dump(data, file)：將字典資料以 JSON 形式寫入檔案。

範例（讀取 JSON）：

with open("image.jpg", "rb") as binary_file:
    binary_data = binary_file.read()  # Read the entire file in binary mode
    print(binary_data[:10])  # Print first 10 bytes for preview

說明：

json.load(file)：讀取 JSON 檔案並轉換回 Python 字典。

8.高效率文件處理技巧

處理大型檔案時，分塊處理檔案比將整個檔案載入到記憶體中更有效。

範例（分塊閱讀）：

try:
    with open("nonexistentfile.txt", "r") as file:
        content = file.read()
except FileNotFoundError:
    print("The file does not exist!")

結論

在 Python 中處理檔案既簡單又強大。無論您是處理文字檔案、儲存資料還是處理大型資料集，掌握檔案操作都將使您的編碼生活更加輕鬆。透過我們在本文中介紹的提示和技術，您將能夠順利編寫更有效率、可靠且可擴展的 Python 程式。

感謝您的閱讀...

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