作者：豌豆花下貓，某985高校畢業生， 兼具極客思維與人文情懷 。公眾號【Python貓】， 專注python技術、數據科學和深度學習，力圖創造一個有趣又有用的學習分享平臺。

對于初學者來說，一份詳盡又清晰明白的指南很重要。今天，貓貓跟大家一起，好好學習Python文件讀寫的內容，這部分內容特別常用，掌握后對工作和實戰都大有益處。學習是循序漸進的過程，欲速則不達。文章較長，建議大家收藏，以備復習查閱哦。

1、如何將列表數據寫入文件？
2、如何從文件中讀取內容？
3、多樣需求的讀寫任務
4、從with語句到上下文管理器

如何將列表數據寫入文件？

首先，我們來看看下面這段代碼，并思考：這段代碼有沒有問題，如果有問題的話，要怎么改？

li?=?['python','?is','?a','?cat']
with?open('test.txt','w')?as?f:
????f.write(li)

現在公布答案，這段代碼會報錯：

TypeError??Traceback?(most?recent?call?last)
input-6-57e0c2f5a453>?in?<module>()1?with?open('test.txt','w')?as?f:---->?2?????f.write(li)
TypeError:?write()?argument?must?be?str,?not?list

以上代碼的想法是將list列表內容寫入txt文件中，但是報錯 TypeError: write() argument must be str。就是說，write()方法必須接受字符串(str)類型的參數。

Python中內置了str()方法，可以返回字符串版本的對象(Return a string version of object)。所以，上面的例子中，我們試試把 f.write(li) 改為 f.write(str(li)) ，先做一下字符串類型的轉化看看。代碼略。

這次沒有報錯了，但是打開文件就傻眼了吧，寫入的內容是“['python',' is',' a',' cat']”。怎么才能寫成“python is a cat”呢？

文件寫操作還有一個writelines()方法，它接收的參數是由字符串組成的序列(sequence)，實際寫入的效果是將全部字符串拼接在一起。字符串本身也是一種序列，所以當參數是字符串的時候，writelines()方法等價于write()。

#?以下3種寫法等價，都是寫入字符串“python?is?a?cat”
In?[20]:??with?open('test.txt','w')?as?f:
????...:??????f.writelines(['python','?is','?a','?cat'])
????...:??????f.writelines('python?is?a?cat')
????...:??????f.write('python?is?a?cat')

#?以下2種寫法等價，都是寫入列表的字符串版本“['python','?is','?a','?cat']”
In?[21]:??with?open('test.txt','w')?as?f:
????...:??????f.write(str(['python','?is','?a','?cat']))
????...:??????f.writelines(str(['python','?is','?a','?cat']))

#?作為反例，以下寫法都是錯誤的：
In?[22]:??with?open('test.txt','w')?as?f:
????...:??????f.writelines([2018,'is','a','cat'])?#?含非字符串
????...:??????f.write(['python','is','a','cat'])?#?非字符串

由上可知，當多段分散的字符串存在于列表中的時候，要用writelines()方法，如果字符串是一整段，那直接使用write()方法。如果要以整個列表的形式寫入文件，就使用str()方法做下轉化。

這個問題還沒結束，如果列表中就是有元素不是字符串，而且要把全部元素取出來，怎么辦呢？

那就不能直接使用write()和writelines()了，需要先用for循環，把每個元素取出來，逐一str()處理。

In?[37]:?content=[1,'?is','?everything']
In?[38]:?with?open('test.txt','w')?as?f:
????...:?????for?i?in?content:
????...:?????????f.write(str(i))

需要注意的是，writelines()不會自動換行。如果要實現列表元素間的換行，一個辦法是在每個元素后面加上換行符“\n”，如果不想改變元素，最好是用for循環，在寫入的時候加在末尾：for i in content: ?f.writelines(str(i)+“\n”).

引申一下，經過實驗，數字及元祖類型也可以作為write()的參數，不需轉化。但是dict字典類型不可以，需要先用str()處理一下。字典類型比較特殊，最好是用json.dump()方法寫到文件。

總結一下，write()接收字符串參數，適用于一次性將全部內容寫入文件；writelines()接收參數是由字符串組成的序列，適用于將列表內容逐行寫入文件。str()返回Python對象的字符串版本，使用需注意。

如何從文件中讀取內容？

從文件中讀取內容有如下方法：

file.read([size])
從文件讀取指定的字節數，如果未給定或為負則讀取所有。

file.readline([size])
讀取整行，包括 "\n" 字符。

file.readlines([sizeint])
讀取所有行并返回列表，若給定sizeint>0，則是設置一次讀多少字節，這是為了減輕讀取壓力。

簡而言之，在不傳參數的情況下，read()對應write()，讀取全部內容；readlines()對應writelines()，讀取全部內容(含換行符)并以列表形式返回，每個換行的內容作為列表的一個元素。

In?[47]:?with?open('test.txt','r')?as?f:
????...:?????print(f.read())
1?is?everything.
python?is?a?cat.
this?is?the?end.

In?[48]:?with?open('test.txt','r')?as?f:
????...:?????print(f.readlines())
['1?is?everything.\n',?'python?is?a?cat.\n',?'this?is?the?end.']

但是，以上兩個方法有個缺點，當文件過大的時候，一次性讀取太多內容，會對內存造成極大壓力。讀操作還有一個readline()方法，可以逐行讀取。

In?[49]:?with?open('test.txt','r')?as?f:
????...:?????print(f.readline())
1?is?everything.

readline()讀取第一行就返回，再次調用f.readline()，會讀取下一行。

這么看來，readline()太笨拙了。那么，有什么辦法可以優雅地讀取文件內容呢？

回過頭來看readlines()方法，它返回的是一個列表。這不奇怪么，好端端的內容為啥要返回成列表呢？

再想想writelines()方法，把字符串列表寫入文件正是這家伙干的事，readlines()方法恰恰是它的逆操作！而writelines()方法要配合for循環，所以我們把readlines()與for循環結合，看看會怎樣。

In?[61]:?with?open('test.txt','r')?as?f:
????...:?????for?line?in?f.readlines():
????...:?????????print(line)
1?is?everything.

python?is?a?cat.

this?is?the?end.

#?讀取內容包含換行符，所以要strip()去掉換行符
In?[62]:?with?open('test.txt','r')?as?f:
????...:?????for?line?in?f.readlines():
????...:?????????print(line.strip())
1?is?everything.
python?is?a?cat.
this?is?the?end.

總結一下，readline()比較雞肋，不咋用；read()適合讀取內容較少的情況，或者是需要一次性處理全部內容的情況；而readlines()用的較多，比較靈活，因為for循環是一種迭代器，每次加載部分內容，既減少內存壓力，又方便逐行對數據處理。

多樣需求的讀寫任務

前兩部分講了文件讀寫的幾大核心方法，它們能夠起作用的前提就是，需要先打開一個文件對象，因為只有在文件操作符的基礎上才可以進行讀或者寫的操作。

打開文件用的是open()方法，所以我們再繼續講講這個方法。open() 方法用于打開一個文件，并返回文件對象，在對文件進行處理過程都需要使用到這個函數，如果該文件無法被打開，會拋出 OSError。

open(file, mode='r', buffering=-1, encoding=None, errors=None, newline=None, closefd=True, opener=None)

open()方法的參數里file(文件)是必需的，其它參數最常用的是mode(模式)和encoding(編碼)。

先說說encoding，一般來說，打開文件的編碼方式以操作系統的默認編碼為準，中文可能會出現亂碼，需要加encoding='utf-8'。

In?[63]:?with?open('test.txt','r')?as?f:
????...:?????for?line?in?f.readlines():
????...:?????????print(line.strip())
-----------------------
UnicodeDecodeError?????Traceback?(most?recent?call?last)?in?()
??????1?with?open('test.txt','r')?as?f:
---->?2?????for?line?in?f.readlines():
??????3?????????print(line.strip())
UnicodeDecodeError:?'gbk'?codec?can't?decode?byte?0xa4?in?position?26:?illegal?multibyte?sequence
In?[65]:?with?open('test.txt','r',encoding='utf-8')?as?f:
????...:?????for?line?in?f.readlines():
????...:?????????print(line.strip())
愛貓貓
python?is?a?cat.

再說mode，它指定文件打開的模式。

'r'： 以只讀模式打開(缺省模式，必須保證文件存在)
'w'：以只寫模式打開。若文件存在，則清空文件，然后重新創建；若不存在，則新建
'a'：以追加模式打開。若文件存在，則會追加到文件的末尾；若文件不存在，則新建

常見的mode組合
'r'或'rt'：? ?默認模式，文本讀模式
'w'或'wt'：以文本寫模式打開(打開前文件被清空)
'rb'：? ? ? ?以二進制讀模式打開
'ab'：? ? ? 以二進制追加模式打開
'wb'：? ? ? 以二進制寫模式打開(打開前文件被清空)
'r+'：? ? ? ?以文本讀寫模式打開，默認寫的指針開始指在文件開頭, 因此會覆寫文件
'w+'：? ? ? 以文本讀寫模式打開(打開前文件被清空)
'a+'：? ? ? 以文本讀寫模式打開(只能寫在文件末尾)
'rb+'：? ? ?以二進制讀寫模式打開
'wb+'：? ?以二進制讀寫模式打開(打開前被清空)
'ab+'：? ? 以二進制讀寫模式打開

喵喵，初看起來，模式很多，但是，它們只是相互組合罷了。建議記住最基本的w、r、a，遇到特殊場景，再翻看一下就好了。

從with語句到上下文管理器

基礎部分講完了，下面是進階部分。知其然，更要知其所以然。

1、with語句是初學者必會常識

首先，要解釋一下為啥前文直接就用了with語句。with語句是讀寫文件時的優雅寫法，這已經默認是Python初學者必會的常識了。如果你還不會，先看看用和不用with語句的對比：

#?不用with語句的正確寫法
try:
????f?=?open('test.txt','w')
????f.writelines(['python','?is','?a','?cat'])
finally:
????if?f:
????????f.close()

#?使用with語句的正確寫法
with?open('test.txt','w')?as?f:
????f.writelines(['python','?is','?a','?cat'])

因為文件對象會占用操作系統的資源，并且操作系統同一時間能打開的文件數量是有限的，所以open()方法之后一定要調用close()方法。另外，讀寫操作可能出現IO異常的情況，所以要加try…finally，保證無論如何，都會調用到close()方法。

這樣寫萬無一失，但是實在繁瑣，一不小心還可能漏寫或者寫錯。而with語句會保證調用close()，只需一行代碼，簡直不要太優雅！所以，with語句是Python初學者必會技能。

2、什么是上下文管理器？

下面，重頭戲來了，什么是上下文管理器(context manager)？

上下文管理器是這樣一個對象：它定義程序運行時需要建立的上下文，處理程序的進入和退出，實現了上下文管理協議，即在對象中定義了 __enter__() 和 __exit__() 方法。

__enter__()：進入運行時的上下文，返回運行時上下文相關的對象，with 語句中會將這個返回值綁定到目標對象。?

__exit__(exception_type, exception_value, traceback)：退出運行時的上下文，定義在塊執行(或終止)之后上下文管理器應該做什么。它可以處理異常、清理現場或者處理 with 塊中語句執行完成之后需要處理的動作。

注意enter和exit的前后有兩個下劃線，Python中自帶了很多類似的方法，它們是很神秘又很強大的存在，江湖人常常稱其為“黑魔法”。例如，迭代器協議就實現了__iter__方法。

在Python的內置類型中，很多類型都是支持上下文管理協議的，例如file，thread.LockType，threading.Lock等等。

上下文管理器無法獨立使用，它們要與with相結合，with語句可以在代碼塊運行前進入一個運行時上下文(執行_enter_方法)，并在代碼塊結束后退出該上下文(執行__exit__方法)。

with 語句適用于對資源進行訪問的場合，確保不管使用過程中是否發生異常都會執行必要的“清理”操作，釋放資源，比如文件使用后自動關閉、線程中鎖的自動獲取和釋放等。

3、自定義上下文管理器

除了Python的內置類型，任何人都可以定義自己的上下文管理器。下面是一個示例：

class?OpenFile(object):
????def?__init__(self,filename,mode):
????????self.filename=filename
????????self.mode=mode
????def?__enter__(self):
????????self.f=open(self.filename,self.mode)
????????self.f.write("enter?now\n")
????????return?self.f??#作為as說明符指定的變量的值
????def?__exit__(self,type,value,tb):
????????self.f.write("exit?now")
????????self.f.close()
????????return?False???#異常會被傳遞出上下文
with?OpenFile('test.txt','w')?as?f:
????f.write('Hello?World!\n')

最終寫入文件的結果是：

enter now
Hello World!
exit now

上下文管理器必須同時提供 __enter__() 和 _exit_() 方法的定義，缺少任何一個都會導致 AttributeError。?

上下文管理器在執行過程中可能會出現異常，_exit_() 的返回值會決定異常的處理方式：返回值等于 False，那么這個異常將被重新拋出到上層；返回值等于 True，那么這個異常就被忽略，繼續執行后面的代碼。__exit()__ 有三個參數(exception_type, exception_value, traceback)，即是異常的相關信息。

4、contextlib實現上下文管理器

上例中，自定義上下文管理器的寫法還是挺繁瑣的，而且只能用于類級別。為了更好地輔助上下文管理，Python 內置提供了 contextlib 模塊，進而可以很方便地實現函數級別的上下文管理器。

該模塊本質上是通過裝飾器(decorators)和生成器(generators)來實現上下文管理器，可以直接作用于函數/對象，而不用去關心 __enter__() 和 __exit()__ 方法的具體實現。

先把上面的例子改造一下，然后我們再對照著解釋：

from?contextlib?import?contextmanager

@contextmanager
def?open_file(name):
????ff?=?open(name,?'w')
????ff.write("enter?now\n")
????try:
????????yield?ff
????except?RuntimeError:
????????pass
????ff.write("exit?now")
????ff.close()

with?open_file('test.txt')?as?f:
????f.write('Hello?World!\n')

contextmanager是要使用的裝飾器，yield關鍵字將普通的函數變成了生成器。yield的返回值(ff)等于上例__enter__()的返回值，也就是as語句的值(f)，而yield前后的內容，分別是_enter_() 和 _exit_() 方法里的內容。

使用contextlib，可以避免類定義、_enter_() 和 __exit()__方法，但是需要我們捕捉可能的異常(例如，yield只能返回一個值，否則會導致異常 RuntimeError)，所以try…except語句不能忽略。

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總結

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