作者：李晓辉

联系方式：

1. 微信：Lxh_Chat

2. 邮箱：939958092@qq.com

前面我们学习了如何使用 input() 接收用户输入，以及使用 print() 在屏幕上显示内容。我们还了解了 sys.stdin、sys.stdout 和 sys.stderr，知道 Python 可以通过不同的输入、输出通道读取和显示数据。

但是，这些操作还存在一个问题：程序运行结束后，如果没有主动保存数据，下次运行时，我们通常无法直接取回上一次处理的结果。

假设你是一名 Linux 运维工程师，每天需要检查服务器的运行状态。通过 Python 获取了 CPU 使用率、内存使用情况和磁盘空间后，你希望把这些信息保存下来，以便第二天查看，或者在服务器出现故障时追溯之前的运行情况。

如果每次都只能在屏幕上查看结果，就很难长期保存和分析这些信息。

这时候，我们就需要学习文件操作。

Python 可以将数据写入文件，也可以从文件中读取数据。而在学习具体的读写方法之前，我们需要先理解一个重要概念：数据流。

为什么需要数据流

先想象一个简单的场景。

你需要把一段文字从 Python 程序保存到磁盘上的文件中。数据并不是凭空出现在文件里的，而是需要经过一个读写过程。

同样，当你希望读取文件中的内容时，Python 也需要从文件中获取数据，再交给程序处理。

这个过程可以简单理解为：

flowchart LR
    A[Python 程序] -->|写入数据| B[文件]
    B -->|读取数据| A

这里的文件可以是普通的文本文件、日志文件，也可以是其他类型的文件。

那么，数据流究竟是什么？

我们可以把数据流理解为：程序与数据来源或目标之间进行数据传输的一种方式。

例如：

使用 input() 获取用户输入，是程序从输入通道接收数据。
使用 print() 显示结果，是程序向输出通道发送数据。
使用文件操作读取日志，是程序从文件中获取数据。
使用文件操作保存检查结果，是程序向文件写入数据。

数据流并不意味着数据一定要通过网络传输。即使数据只是在 Python 程序和本地文件之间传递，也可以通过数据流的方式进行处理。

使用 open() 打开文件

在 Python 中，如果希望读取或写入文件，通常需要先调用内置函数 open()。

例如，我们先创建一个名为 file.txt 的文件，并向其中写入内容：

1	f = open("file.txt", "w")

这行代码看起来很短，但其中包含几个需要理解的知识点。

理解 open() 函数

open() 是 Python 内置的文件操作函数，不需要额外安装模块，就可以直接使用。

它的基本语法如下：

1	open(file, mode)

这里先认识两个参数：

参数	作用
`file`	指定要打开的文件名或文件路径
`mode`	指定打开文件的方式，例如读取或写入

例如：

1	open("file.txt", "w")

其中，file.txt 是文件名，w 表示以写入模式打开文件。

如果只写文件名而没有指定目录，Python 通常会在程序的当前工作目录中查找或创建这个文件。

需要注意，当前工作目录不一定就是 Python 脚本所在的目录。后续遇到文件找不到的问题时，我们还需要学习如何确认程序的当前工作目录。

理解文件对象

再来看下面这行代码：

1	f = open("file.txt", "w")

执行这行代码后，Python 会打开文件，并返回一个文件对象。

我们把这个文件对象赋值给变量 f，后续就可以通过 f 对文件进行读写操作。

可以把它理解为：open() 负责打开文件，而 f 保存了程序操作这个文件所需要的对象。

例如：

1
2
3

f = open("file.txt", "w")

print(f)

在常见的 Python 环境中，输出内容类似下面这样：

1	<_io.TextIOWrapper name='file.txt' mode='w' encoding='utf-8'>

具体输出可能因 Python 版本和运行环境而有所不同。

这里的 TextIOWrapper 是 Python 用来处理文本文件的对象类型之一。现在不需要记住这个名称，只需要知道：f 不是文件里的文字，而是一个可以用来操作文件的对象。

认识常见的文件打开模式

open() 的第二个参数 mode 决定了 Python 打开文件后可以进行什么操作。

初学阶段，先认识下面几种常见模式即可。

模式	含义	文件不存在时	文件已存在时
`r`	读取文件	报错	读取原有内容
`w`	写入文件	创建文件	清空原有内容
`a`	追加内容	创建文件	保留原有内容，在末尾追加
`x`	创建新文件	创建文件	报错，不覆盖原文件
`r+`	读取并写入	报错	不会自动清空文件

这里有一个特别重要的注意事项。

使用 w 模式打开一个已经存在的文件时，文件原有内容会被清空。

例如，假设 file.txt 原本保存着以下内容：

1 2	服务器：web01 CPU 使用率：35%

执行下面的代码：

1	f = open("file.txt", "w")

即使我们还没有写入任何新内容，文件原来的内容也已经被清空了。

因此，在实际运维脚本中，如果只是希望不断记录新的检查结果，通常应该考虑使用 a 模式，而不是直接使用 w 模式。

尝试向文件写入内容

了解了文件对象和打开模式后，我们来完成一个可以实际运行的例子。

创建 Python 脚本

在一个方便查找的目录中创建 write_file.py，输入下面的代码：

f = open("file.txt", "w")

f.write("Hello, Python!\n")

f.close()

这段代码包含三个步骤：

open("file.txt", "w")：以写入模式打开文件。如果文件不存在，就创建文件。
f.write("Hello, Python!\n")：向文件写入一行文字。
f.close()：关闭文件，结束这次文件操作。

这里的 \n 表示换行符。它可以让后续写入的内容从下一行开始。

write() 是文件对象提供的方法，用来向文件写入数据。对于以文本模式打开的文件，它接收的是字符串。

close() 则用于关闭文件对象。关闭文件可以让 Python 完成必要的收尾工作，并释放相关资源。

运行程序

打开终端，进入 write_file.py 所在的目录，然后执行：

1	python write_file.py

如果你的系统使用 python3 命令启动 Python，也可以执行：

1	python3 write_file.py

程序正常运行时，通常不会显示任何内容。这并不代表程序没有执行，而是因为我们没有使用 print() 输出信息。

此时，当前工作目录下应该出现一个名为 file.txt 的文件。

打开文件，可以看到：

1	Hello, Python!

恭喜你！你已经完成了第一次 Python 文件写入操作。

使用 read() 读取文件内容

既然可以把内容写入文件，那么接下来就试试把它读取出来。

创建一个名为 read_file.py 的文件，写入以下代码：

f = open("file.txt", "r")

content = f.read()

print(content)

f.close()

我们逐步解释这段代码。

open("file.txt", "r") 表示以读取模式打开文件。此时，文件必须存在，否则 Python 会报告文件不存在的错误。

f.read() 用于读取文件内容，并将读取到的内容作为字符串返回。

1	content = f.read()

这行代码把读取到的内容保存到变量 content 中。

接下来：

1	print(content)

我们使用 print() 将读取到的内容显示在终端上。

运行程序：

1	python read_file.py

预期输出：

1	Hello, Python!

至此，我们已经掌握了文件读写的基本流程：

flowchart TD
    A[开始] --> B[调用 open() 打开文件]
    B --> C{选择操作模式}
    C -->|读取模式 r| D[调用 read() 读取内容]
    C -->|写入模式 w| E[调用 write() 写入内容]
    D --> F[处理或显示数据]
    E --> G[完成数据写入]
    F --> H[关闭文件]
    G --> H
    H --> I[结束]

不过，上面的代码还存在一个问题：如果程序在文件操作过程中发生异常，close() 就可能无法正常执行。

在实际开发中，我们通常会使用更安全的文件打开方式。

使用 with 自动管理文件

Python 提供了 with 语句，可以帮助我们管理文件对象的生命周期。

先看一个例子：

1 2	with open("file.txt", "w") as f: f.write("Hello, Python!\n")

这段代码与之前的写入示例类似，但不再需要显式调用 f.close()。

当程序离开 with 代码块时，Python 会自动关闭文件，即使代码块执行过程中发生异常，也能正常执行相应的资源清理操作。

这里的 as f 表示把打开后得到的文件对象赋值给变量 f。

另外，with 语句下面的代码必须按照 Python 的语法要求缩进。这里的 f.write() 前面有四个空格，表示它属于 with 代码块。

我们也可以使用相同的方式读取文件：

1
2
3

with open("file.txt", "r") as f:
    content = f.read()
    print(content)

这样就不需要自己调用 close()。

在实际编写 Python 程序时，建议优先使用 with open(...) 管理文件，而不是手动调用 open() 和 close()。

将文件写入与读取结合起来

现在，我们把前面学到的知识组合起来，编写一个简单的服务器检查记录程序。

创建 server_check.py：

# 将服务器检查结果保存到文件
with open("server_check.txt", "w") as f:
    f.write("服务器名称：web01\n")
    f.write("CPU 使用率：35%\n")
    f.write("内存使用率：62%\n")

# 读取文件中的检查结果
with open("server_check.txt", "r") as f:
    content = f.read()

# 在终端显示检查结果
print(content)

运行程序：

1	python server_check.py

预期输出：

1
2
3

服务器名称：web01
CPU 使用率：35%
内存使用率：62%

同时，程序还会在当前工作目录下生成 server_check.txt，把这三条检查记录保存下来。

这个例子虽然简单，却已经包含了实际自动化脚本经常使用的几个步骤：

生成需要保存的数据。
打开文件并写入内容。
重新打开文件并读取内容。
将读取到的数据交给程序进一步处理。

需要注意，这里使用的是 w 模式，因此每次重新运行程序，原来的检查记录都会被新内容覆盖。如果想保留每次运行的记录，可以把写入模式改为 a，让新内容追加到文件末尾。

本篇小结

通过本篇学习，我们认识了 Python 文件操作的基本概念。

数据流可以帮助程序与文件等数据来源或目标进行数据传输。
open() 用于打开文件，并返回文件对象。
r、w、a 和 x 是几种常见的文件打开模式。
read() 用于读取文件内容，write() 用于写入内容。
with open(...) 可以帮助我们自动管理文件的关闭。

不过，到目前为止，我们只是初步认识了文件操作。实际使用时，文本编码、文件路径、换行符、逐行读取以及大文件处理等问题，都值得进一步学习。

下一篇，我们将正式进入文本文件的读取与写入，深入了解 Python 如何处理文本内容，以及如何更可靠地读取和保存文件。