文本文件的追加和截?cái)?/h2>

文件追加的概念和應(yīng)用

在某些場(chǎng)景下，我們需要對(duì)已有的文件進(jìn)行修改，常見的方式是打開文件后將新的內(nèi)容寫入，這會(huì)覆蓋掉原來的內(nèi)容。但如果想保留原文件的內(nèi)容并在其末尾添加新的內(nèi)容，就需要用到文件追加操作。文件追加是指向一個(gè)已存在的文件末尾添加新的內(nèi)容，并且不影響原先的內(nèi)容。

使用 a 模式打開文本文件進(jìn)行追加操作

Python中使用 open() 函數(shù)打開文件時(shí)，可以通過設(shè)置文件模式參數(shù)來指定文件的操作方式。其中，a 模式表示以追加的方式打開文件，即將新的內(nèi)容添加到文件末尾。

with open('file.txt', 'a') as f:
    f.write('Hello, world!\n')

在上述代碼中，我們打開了一個(gè)名為 file.txt 的文件，并使用 a 模式將字符串 'Hello, world!\n' 寫入文件末尾。需要注意的是，在使用 a 模式時(shí)，如果文件不存在，則會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建新文件。

truncate 方法實(shí)現(xiàn)文本文件截?cái)?/h4>

除了在文件末尾追加新內(nèi)容之外，我們有時(shí)還需要對(duì)文件進(jìn)行截?cái)嗖僮鳎粗槐Ａ粑募皫仔谢蚯皫讉€(gè)字符，而舍棄文件中后面的內(nèi)容。Python中提供了 truncate() 方法來實(shí)現(xiàn)這一功能。truncate() 方法可以指定文件的長(zhǎng)度（以字節(jié)為單位），使文件中多余的部分被刪除掉，從而實(shí)現(xiàn)文件截?cái)唷?/p>

with open('file.txt', 'r+') as f:
    f.seek(0)           # 將文件指針移到文件開頭位置
    f.truncate(10)      # 截?cái)辔募?，保留?0個(gè)字符

在上述代碼中，我們首先使用 r+ 模式打開文件，并將文件指針移到文件開頭位置，然后使用 truncate() 方法截?cái)辔募?，并指定保留文件?0個(gè)字符。需要注意的是，在使用 truncate() 方法時(shí)，必須以讀寫模式打開文件，否則會(huì)拋出異常。

示例代碼

下面是一個(gè)完整的示例代碼，演示了如何使用 a 模式打開文件追加內(nèi)容，并使用 truncate() 方法截?cái)辔募?/p>

def append_and_truncate():
    with open('file.txt', 'a') as f:
        f.write('Hello, world!\n')

    with open('file.txt', 'r+') as f:
        f.seek(0)
        f.truncate(10)

    with open('file.txt', 'r') as f:
        print(f.read())

在上述代碼中，我們首先使用 a 模式打開文件 file.txt 并寫入一行文本，然后再以 r+ 模式打開同一文件進(jìn)行截?cái)嗖僮?，保留?0個(gè)字符。最后，我們以只讀模式打開文件并打印其內(nèi)容，結(jié)果應(yīng)該如下所示：

Hello, worl

with 語句原理

with 語句的作用和優(yōu)勢(shì)

with語句是Python提供的一種簡(jiǎn)化文件操作的語法結(jié)構(gòu)，其作用是在文件使用完后自動(dòng)關(guān)閉文件，避免了手動(dòng)關(guān)閉文件時(shí)可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤。除了文件操作之外，with語句還可以用于其他資源的管理，例如網(wǎng)絡(luò)連接、數(shù)據(jù)庫連接等。

with open('file.txt', 'r') as f:
    data = f.read()

在上述代碼中，我們使用 with 語句打開文件 file.txt 并讀取其中的內(nèi)容，這樣即使在處理文件過程中出現(xiàn)異常，Python也會(huì)自動(dòng)關(guān)閉文件，避免了文件資源泄露的問題?？梢钥吹?，使用 with 語句可以讓代碼更加簡(jiǎn)潔和優(yōu)雅。

with 語句原理及其底層實(shí)現(xiàn)

with語句的實(shí)現(xiàn)原理是基于上下文管理器（context manager）的概念。上下文管理器是一個(gè)對(duì)象，它定義了進(jìn)入和退出某個(gè)上下文時(shí)要執(zhí)行的操作。使用 with 語句時(shí)，必須將一個(gè)支持上下文管理器協(xié)議的對(duì)象傳遞給它，然后 with 語句會(huì)在進(jìn)入和退出上下文時(shí)自動(dòng)調(diào)用該對(duì)象的 enter() 和 exit() 方法。

class File:
    def __init__(self, filename):
        self.filename = filename
    
    def __enter__(self):
        print('Enter')
        self.file = open(self.filename, 'r')
        return self.file
    
    def __exit__(self, exc_type, exc_value, traceback):
        print('Exit')
        self.file.close()

with File('file.txt') as f:
    data = f.read()

在上述代碼中，我們定義了一個(gè)名為 File 的上下文管理器，并實(shí)現(xiàn)了其 enter() 和 exit() 方法。在 with 語句中使用 File 對(duì)象時(shí)，Python會(huì)自動(dòng)調(diào)用其 enter() 方法打開文件，并在代碼塊執(zhí)行完畢后調(diào)用 exit() 方法關(guān)閉文件。

示例代碼

下面是一個(gè)完整的示例代碼，演示了如何使用 with 語句打開文件并讀取其中的內(nèi)容。

class File:
    def __init__(self, filename):
        self.filename = filename
    
    def __enter__(self):
        self.file = open(self.filename, 'r')
        return self.file
    
    def __exit__(self, exc_type, exc_value, traceback):
        self.file.close()

def read_file():
    with File('file.txt') as f:
        data = f.read()
        print(data)

if __name__ == '__main__':
    read_file()

在上述代碼中，我們定義了一個(gè)名為 File 的上下文管理器，并在 read_file() 函數(shù)中使用 with 語句打開文件 file.txt 并讀取其中的內(nèi)容，然后自動(dòng)關(guān)閉文件。需要注意的是，在 with 語句中打開文件時(shí)，必須指定文件模式參數(shù)，并且不能使用 a 模式進(jìn)行追加操作。

seek 和 tell 方法

seek 和 tell 方法的作用和區(qū)別

在Python中，文件對(duì)象提供了兩個(gè)基本方法來控制文件指針的位置：seek() 和 tell()。其中，seek() 方法用于將文件指針移到文件的任意位置，而 tell() 方法則返回當(dāng)前文件指針的位置。

with open('file.txt', 'r') as f:
    data = f.read(10)   # 讀取前10個(gè)字符
    pos = f.tell()      # 獲取當(dāng)前文件指針位置
    f.seek(0)           # 將文件指針移到文件開頭位置
    data2 = f.read(10)  # 重新讀取前10個(gè)字符

print(pos)
print(data2)

在上述代碼中，我們使用 with 語句打開文件 file.txt 并讀取其中的前10個(gè)字符，然后獲取當(dāng)前文件指針的位置，并將文件指針移到文件開頭位置，最后重新讀取前10個(gè)字符。需要注意的是，在使用 seek() 方法時(shí)，必須以二進(jìn)制模式打開文件。

文件指針和偏移量的概念和使用方法

文件指針是一個(gè)表示當(dāng)前讀寫位置的指針，它指向文件中下一個(gè)要讀取或?qū)懭氲淖止?jié)的位置。在Python中，文件指針的位置可以通過 tell() 方法獲取，并且可以使用 seek() 方法將其設(shè)置為任意位置。seek() 方法接受一個(gè)整數(shù)參數(shù)，代表相對(duì)于文件開頭的偏移量（以字節(jié)為單位），并可指定偏移量的起始位置（0表示文件開頭，1表示當(dāng)前位置，2表示文件末尾）。

with open('file.txt', 'r') as f:
    f.seek(5)       # 將文件指針移到第6個(gè)字符處
    data = f.read() # 從第6個(gè)字符開始讀取文件內(nèi)容

在上述代碼中，我們使用 seek() 方法將文件指針移到第6個(gè)字符處，然后讀取從該位置開始的文件內(nèi)容。

實(shí)現(xiàn)隨機(jī)訪問和修改文件內(nèi)容

由于可以通過 seek() 方法將文件指針移到文件的任意位置，因此可以實(shí)現(xiàn)隨機(jī)訪問文件內(nèi)容。例如，我們可以通過 seek() 方法將文件指針移到某一行的開頭位置，然后讀取該行的內(nèi)容。類似地，我們也可以使用 seek() 和 write() 方法來修改文件的特定位置。

with open('file.txt', 'r+') as f:
    f.seek(5)           # 將文件指針移到第6個(gè)字符處
    f.write('WORLD')    # 將字符 WORLD 插入到文件中
    f.seek(0)           # 將文件指針移到文件開頭位置
    data = f.read()     # 重新讀取文件內(nèi)容

print(data)

在上述代碼中，我們使用 r+ 模式打開文件 file.txt，并將文件指針移到第6個(gè)字符處，然后使用 write() 方法向文件中插入字符串 'WORLD'。最后，我們?cè)俅螌⑽募羔樢频轿募_頭位置并讀取文件的全部?jī)?nèi)容，輸出結(jié)果應(yīng)該為：

HelloWORLD, how are you?

示例代碼

下面是一個(gè)完整的示例代碼，演示了如何使用 seek() 和 tell() 方法實(shí)現(xiàn)隨機(jī)訪問和修改文件內(nèi)容。

def random_access():
    with open('file.txt', 'r+') as f:
        f.seek(5)
        f.write('WORLD')
        f.seek(0)
        data = f.read()
        print(data)

if __name__ == '__main__':
    random_access()

在上述代碼中，我們首先使用 r+ 模式打開文件 file.txt 并將文件指針移到第6個(gè)字符處，然后使用 write() 方法插入字符串 'WORLD'。最后，我們重新將文件指針移到文件開頭位置并讀取文件的全部?jī)?nèi)容，輸出結(jié)果應(yīng)該為：

HelloWORLD, how are you?

內(nèi)存映射文件（mmap）

mmap 的作用和優(yōu)勢(shì)

Python中提供了一種特殊的文件操作方式，稱為內(nèi)存映射文件（mmap）。內(nèi)存映射文件是一種將文件內(nèi)容映射到內(nèi)存中的技術(shù)，它允許我們通過內(nèi)存來讀寫文件內(nèi)容，從而避免了頻繁訪問磁盤的開銷。同時(shí)，內(nèi)存映射文件還可以讓我們像處理數(shù)組一樣高效地對(duì)文件進(jìn)行隨機(jī)訪問和修改。在處理大型二進(jìn)制文件時(shí)，內(nèi)存映射文件非常有用。

mmap 原理及其底層實(shí)現(xiàn)

在Python中，使用 mmap() 函數(shù)可以將一個(gè)文件對(duì)象映射到內(nèi)存中，從而生成一個(gè)內(nèi)存映射文件對(duì)象。內(nèi)存映射文件對(duì)象具有文件對(duì)象的所有方法，例如 read()、write()、seek() 等，并且也可以像操作數(shù)組一樣進(jìn)行隨機(jī)訪問和修改。

import mmap

with open('file.bin', 'r+b') as f:
    mm = mmap.mmap(f.fileno(), 0)
    
    # 讀取前10個(gè)字節(jié)
    data1 = mm[:10]
    print(data1)
    
    # 修改前5個(gè)字節(jié)
    mm[:5] = b'Hello'
    
    # 查找字符串
    pos = mm.find(b'world')
    print(pos)
    
    # 替換字符串
    mm[pos:pos+5] = b'WORLD'
    
    # 關(guān)閉內(nèi)存映射文件
    mm.close()

在上述代碼中，我們使用 mmap() 函數(shù)將文件 file.bin 映射到內(nèi)存中，并獲取了一個(gè)內(nèi)存映射文件對(duì)象 mm。然后，我們可以像處理數(shù)組一樣對(duì)內(nèi)存映射文件進(jìn)行讀寫操作。例如，我們可以使用切片符號(hào) [:] 來讀取文件的前10個(gè)字節(jié)，使用 find() 方法查找特定字符串的位置，并使用切片符號(hào)來替換字符串中的部分內(nèi)容。最后，我們調(diào)用 close() 方法關(guān)閉內(nèi)存映射文件。

注意事項(xiàng)

在使用 mmap() 函數(shù)時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：

1. 內(nèi)存映射文件只能用于二進(jìn)制文件的處理，不支持文本模式。
2. 內(nèi)存映射文件是通過共享內(nèi)存實(shí)現(xiàn)的，在修改文件內(nèi)容時(shí)需要注意并發(fā)訪問問題，否則可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)損壞或進(jìn)程掛起。
3. 在某些操作系統(tǒng)上，如果文件長(zhǎng)度超過了可用的虛擬內(nèi)存大小，則無法創(chuàng)建內(nèi)存映射文件對(duì)象。

由于 Python 的 mmap() 函數(shù)依賴于底層操作系統(tǒng)的 mmap() 系統(tǒng)調(diào)用，因此其行為和性能可能在不同的操作系統(tǒng)上有所不同。在編寫使用 mmap() 函數(shù)的代碼時(shí)，通常需要對(duì)其進(jìn)行測(cè)試和優(yōu)化，以確保其在特定平臺(tái)上的表現(xiàn)符合預(yù)期。

示例代碼

下面是一個(gè)完整的示例代碼，演示了如何使用 mmap() 函數(shù)創(chuàng)建內(nèi)存映射文件對(duì)象，并對(duì)其進(jìn)行讀寫操作。

import mmap

def memory_map():
    with open('file.bin', 'r+b') as f:
        # 將文件映射到內(nèi)存中
        mm = mmap.mmap(f.fileno(), 0)
        
        # 讀取前10個(gè)字節(jié)
        data1 = mm[:10]
        print(data1)
        
        # 修改前5個(gè)字節(jié)
        mm[:5] = b'Hello'
        
        # 查找字符串
        pos = mm.find(b'world')
        print(pos)
        
        # 替換字符串
        mm[pos:pos+5] = b'WORLD'
        
        # 關(guān)閉內(nèi)存映射文件
        mm.close()

if __name__ == '__main__':
    memory_map()

在上述代碼中，我們使用 mmap() 函數(shù)將文件 file.bin 映射到內(nèi)存中，并獲取了一個(gè)內(nèi)存映射文件對(duì)象 mm。然后，我們可以像處理數(shù)組一樣對(duì)內(nèi)存映射文件進(jìn)行讀寫操作。最后，我們調(diào)用 close() 方法關(guān)閉內(nèi)存映射文件。

大文件分塊讀取

當(dāng)需要處理大型文件時(shí)，可能會(huì)遇到內(nèi)存不足的問題。為了解決這個(gè)問題，我們可以將文件分成多個(gè)塊進(jìn)行讀取和處理。這樣可以避免一次性將整個(gè)文件讀入內(nèi)存，從而降低內(nèi)存的使用量。在 Python 中，我們可以使用生成器來實(shí)現(xiàn)大文件分塊讀取。

生成器函數(shù)實(shí)現(xiàn)大文件分塊讀取

def read_in_chunks(file_obj, chunk_size=1024):
    """生成器函數(shù)：分塊讀取文件"""
    while True:
        data = file_obj.read(chunk_size)
        if not data:
            break
        yield data

在上述代碼中，我們定義了一個(gè)生成器函數(shù) read_in_chunks()，該函數(shù)接受兩個(gè)參數(shù)：文件對(duì)象和塊大小。在函數(shù)體內(nèi)，我們使用 while 循環(huán)從文件中讀取指定大小的數(shù)據(jù)塊，并將其作為生成器對(duì)象的返回值。如果讀取完整個(gè)文件，則退出循環(huán)并返回最后一塊數(shù)據(jù)。

使用生成器函數(shù)讀取大文件

with open('large_file.txt', 'r') as f:
    for chunk in read_in_chunks(f, chunk_size=1024):
        process_data(chunk)

在上述代碼中，我們使用 with 語句打開文件 large_file.txt，并循環(huán)讀取文件的分塊數(shù)據(jù)。每次循環(huán)迭代時(shí)，處理函數(shù) process_data() 將會(huì)被調(diào)用，并將當(dāng)前的數(shù)據(jù)塊作為參數(shù)傳遞進(jìn)去。這樣，在整個(gè)文件讀取完成后，我們可以在 process_data() 函數(shù)內(nèi)部處理所有的數(shù)據(jù)。

注意事項(xiàng)

需要注意以下幾點(diǎn)：

1. 在使用生成器函數(shù)處理大型文件時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的塊大小。如果塊的大小太小，則會(huì)增加系統(tǒng)的調(diào)用次數(shù)；如果塊的大小太大，則可能會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存溢出。
2. 如果在處理文件結(jié)束后沒有顯式地關(guān)閉文件對(duì)象，則可能會(huì)導(dǎo)致資源泄漏或其他問題。
3. 在某些操作系統(tǒng)上，如果文件長(zhǎng)度超過了可用的虛擬內(nèi)存大小，則可能無法完整讀取文件。

示例代碼

下面是一個(gè)完整的示例代碼，演示了如何使用生成器函數(shù)實(shí)現(xiàn)大文件分塊讀取。

def read_in_chunks(file_obj, chunk_size=1024):
    """生成器函數(shù)：分塊讀取文件"""
    while True:
        data = file_obj.read(chunk_size)
        if not data:
            break
        yield data

def process_data(data):
    """處理函數(shù)：輸出數(shù)據(jù)塊的長(zhǎng)度"""
    print(len(data))

if __name__ == '__main__':
    with open('large_file.txt', 'r') as f:
        for chunk in read_in_chunks(f, chunk_size=1024):
            process_data(chunk)

在上述代碼中，我們定義了一個(gè)生成器函數(shù) read_in_chunks()，用于分塊讀取文件；另外還定義了一個(gè)處理函數(shù) process_data()，用于輸出數(shù)據(jù)塊的長(zhǎng)度。最后，在主程序中，我們使用 with 語句打開文件 large_file.txt 并循環(huán)讀取文件的分塊數(shù)據(jù)，并將其作為參數(shù)傳遞給 process_data() 函數(shù)進(jìn)行處理。