文件的打开与关闭

要从计算机磁盘上的文件读取或向其写入数据，你首先需要从 Python 脚本建立与该文件的连接。此过程称为“打开”文件。Python 提供了一个内置函数 open()，专门用于此目的。

使用 open() 函数

open() 函数使用简单。最基本的使用方式是，它需要你希望操作的文件名（可能还有路径）以及一个模式，用于指定你打算对文件做什么（例如从文件读取或向文件写入）。

基本语法如下所示：

file_object = open('filename', 'mode')

我们来分解一下这些参数 (parameter)：

1. filename：这是一个字符串，表示你希望打开的文件名。如果文件与你的 Python 脚本在同一目录中，你只需提供文件名（例如 'notes.txt'）。如果文件位于其他地方，你将需要提供其路径。路径的指定方式取决于你的操作系统（如在“理解文件路径”部分所讨论的）。例如，你可以在 Windows 上使用 'data/config.txt' 作为相对路径，或者使用完整的路径，如 'C:/Users/username/Documents/report.txt'；在 Linux/macOS 上则可以使用 '/home/user/documents/report.txt'。

2. mode：这是一个字符串，表明文件将如何使用。模式决定了你被允许执行哪些操作（例如读取或写入），以及文件在已经存在或不存在时如何处理。以下是文本文件最常用的三种模式：

   • 'r' (读取模式)：如果你不指定模式，这是默认模式。它允许你从现有文件读取数据。如果文件不存在，Python 将会引发 FileNotFoundError。
   • 'w' (写入模式)：此模式允许你向文件写入数据。如果文件已经存在，其当前内容在写入开始前将被完全清除。如果文件不存在，将创建一个新的空文件。使用此模式时请谨慎，因为它可能覆盖现有数据。
   • 'a' (追加模式)：此模式允许你将新数据添加到现有文件的末尾。如果文件存在，新数据会简单地附加到末尾。如果文件不存在，则会创建一个新文件（类似于写入模式，但如果文件确实存在，则不会清除现有内容）。

例如，要以读取模式打开名为 config.txt 的文件：

config_file = open('config.txt', 'r')
# 或者简单地，因为 'r' 是默认值：
# config_file = open('config.txt')

要以追加新条目的模式打开（或创建）名为 log.txt 的文件：

log_file = open('log.txt', 'a')

要以写入模式打开（或创建并覆盖）名为 output.txt 的文件：

output_file = open('output.txt', 'w')

文件对象

成功调用 open() 后，它会返回一个文件对象（有时也称为文件句柄）。此对象充当 Python 与磁盘上实际文件的连接。你将使用与此文件对象相关联的方法来执行操作，例如从文件读取数据或向其中写入数据。在上面的例子中，config_file、log_file 和 output_file 都是持有这些文件对象的变量。

关闭文件的必要性

完成对文件的操作（读取、写入或追加）后，关闭它非常重要。关闭文件会告诉操作系统你已完成文件使用，这有几个作用：

1. 释放系统资源： 操作系统对用户或程序可以同时打开的文件数量有限制。关闭不再使用的文件会释放这些资源。
2. 确保数据写入： 当你向文件写入数据时，为了提高效率，数据最初可能会保存在一个名为缓冲区的临时存储区域。关闭文件可确保所有缓冲数据被实际写入磁盘。未能关闭文件，尤其是在写入后，可能导致文件中的数据不完整或丢失。
3. 防止数据损坏： 不必要地让文件保持打开状态，特别是当你的程序意外终止时，有时可能导致数据损坏问题。

使用 close() 方法

Python 文件对象有一个 close() 方法，在你使用完文件后必须调用它。

这是一个简单的模式：

# 以写入模式打开文件
output_file = open('output.txt', 'w')

# 执行写入操作（将在后续章节介绍）
output_file.write('This is the first line.\n')
output_file.write('This is the second line.\n')

# 显式关闭文件
output_file.close()

务必记住调用 close()。但是，存在一个潜在问题：如果在你打开文件之后但在到达 close() 调用之前，你的代码中发生错误怎么办？在这种情况下，文件可能会保持打开状态。Python 提供了一种使用 with 语句处理文件打开和关闭的方式，它保证即使发生错误，文件也会自动关闭。我们将在“使用 with 语句自动关闭文件”部分介绍这种更推荐的方法。目前，请理解在使用这种基本方法时，打开文件需要对应的 close() 调用。