青少年编程与数学 02-008 Pyhon语言编程基础 25课题、文件操作

青少年编程与数学 02-008 Pyhon语言编程基础 25课题、文件操作

  • 一、文件操作
  • 二、文本文件
      • 读取文本文件
      • 写入文本文件
      • 追加文本到文件
      • 修改文本文件
      • 复制文本文件
      • 文件编码
      • 错误处理
  • 三、JSON文件
      • 读取JSON文件
      • 写入JSON文件
      • 修改JSON文件
      • 处理大型JSON文件
      • 错误处理
  • 四、练习
      • 1. 将JSON文件导入到数据库
      • 2. 从数据库导出到JSON文件

课题摘要:本文介绍了Python中的基本文件操作，包括创建、读取、写入、追加、修改、删除、重命名、复制和移动文件。通过内置的open函数实现文件操作，支持不同模式如只读、写入、追加等。文本文件操作包括读取、写入、追加和复制文件，考虑文件编码和错误处理。JSON文件操作涉及使用json模块读取、写入和修改JSON数据。文章提供了将JSON文件导入PostgreSQL数据库和从数据库导出到JSON文件的示例代码，强调了替换数据库连接参数和调整文件路径的重要性。这些操作是编程中常见的任务，允许程序存储和检索数据。

一、文件操作

文件操作是指计算机程序对文件进行的各种操作，这些操作包括但不限于创建、读取、写入、修改和删除文件。在编程中，文件操作是常见的任务，因为它们允许程序存储和检索数据。以下是一些基本的文件操作：

  1. 创建文件（Create）：

    • 创建一个新文件。如果文件已存在，则可能会被覆盖或引发错误。

  2. 读取文件（Read）：

    • 从文件中读取数据。这可以是读取整个文件的内容，也可以是逐行或逐块读取。

  3. 写入文件（Write）：

    • 向文件中写入数据。如果文件不存在，通常会创建一个新文件；如果文件已存在，可能会追加到文件末尾或覆盖现有内容。

  4. 追加文件（Append）：

    • 向现有文件的末尾添加数据，而不是覆盖它。

  5. 修改文件（Modify）：

    • 更改文件中的数据。这可能涉及到读取文件内容、修改数据然后写回文件。

  6. 删除文件（Delete）：

    • 从文件系统中删除文件。

  7. 重命名文件（Rename）：

    • 更改文件的名称。

  8. 复制文件（Copy）：

    • 创建文件的副本。

  9. 移动文件（Move）：

    • 将文件从一个位置移动到另一个位置。

  10. 文件属性（Attributes）：

    • 获取或设置文件的属性，如大小、创建日期、修改日期等。

在Python中，文件操作通常是通过内置的open函数实现的，它允许你指定文件模式（如只读、写入、追加等）。以下是一个简单的Python文件操作示例：

python"># 打开文件
with open('example.txt', 'w') as file:
    file.write('Hello, world!')

# 读取文件
with open('example.txt', 'r') as file:
    content = file.read()
    print(content)

# 追加到文件
with open('example.txt', 'a') as file:
    file.write('\nThis is a new line.')

# 读取并修改文件
with open('example.txt', 'r') as file:
    lines = file.readlines()

with open('example.txt', 'w') as file:
    for line in lines:
        file.write(line.replace('new', 'NEW'))

# 删除文件
import os
os.remove('example.txt')

在上述示例中，我们使用了with语句来确保文件在操作完成后正确关闭。这是一种推荐的实践，因为它可以自动管理文件的打开和关闭，即使在发生异常时也是如此。

二、文本文件

在Python中操作文本文件，你可以使用内置的open函数来打开文件，然后使用文件对象的方法来读取、写入、追加或修改文件内容。以下是一些基本的文本文件操作示例：

读取文本文件

python"># 读取整个文件内容
with open('example.txt', 'r') as file:
    content = file.read()
    print(content)

# 逐行读取文件
with open('example.txt', 'r') as file:
    for line in file:
        print(line.strip())  # 使用strip()去除每行末尾的换行符

写入文本文件

python"># 写入文本到文件
with open('example.txt', 'w') as file:
    file.write('Hello, world!\n')

# 写入多行文本到文件
lines = ['First line.', 'Second line.', 'Third line.']
with open('example.txt', 'w') as file:
    file.writelines('%s\n' % line for line in lines)

追加文本到文件

python"># 追加文本到文件末尾
with open('example.txt', 'a') as file:
    file.write('This is a new line.\n')

修改文本文件

python"># 读取文件内容，修改后写回文件
with open('example.txt', 'r') as file:
    lines = file.readlines()

# 修改内容，例如，将所有'e'替换为'3'
with open('example.txt', 'w') as file:
    file.writelines(''.join(line.replace('e', '3') for line in lines))

复制文本文件

python"># 复制文件内容到新文件
with open('example.txt', 'r') as src:
    with open('copy_of_example.txt', 'w') as dst:
        dst.write(src.read())

文件编码

当处理文本文件时，特别是那些可能包含非ASCII字符的文件时，你需要考虑文件的编码。Python 3默认使用UTF-8编码，但你可以通过指定encoding参数来处理其他编码的文件。

python"># 以UTF-8编码读取文件
with open('example.txt', 'r', encoding='utf-8') as file:
    content = file.read()
    print(content)

错误处理

在文件操作中，可能会遇到各种错误，如文件不存在、权限问题等。你可以使用try...except块来捕获和处理这些异常。

python">try:
    with open('example.txt', 'r') as file:
        content = file.read()
except FileNotFoundError:
    print("文件未找到。")
except PermissionError:
    print("没有权限读取文件。")
except Exception as e:
    print(f"发生错误：{e}")

这些是Python中操作文本文件的基本方法。根据你的具体需求，你可能需要组合使用这些方法来完成复杂的文件操作任务。

三、JSON文件

在Python中操作JSON文件通常涉及到两个步骤：首先是读取JSON文件，然后是将数据写入JSON文件。Python的json模块提供了dump和dumps方法用于将Python对象转换为JSON格式，以及load和loads方法用于将JSON格式的数据转换为Python对象。

以下是一些基本的操作JSON文件的示例：

读取JSON文件

python">import json

# 从文件中读取JSON数据
with open('data.json', 'r', encoding='utf-8') as file:
    data = json.load(file)
    print(data)

写入JSON文件

python">import json

# 将Python对象写入JSON文件
data = {
    'name': 'John',
    'age': 30,
    'city': 'New York'
}

with open('data.json', 'w', encoding='utf-8') as file:
    json.dump(data, file, ensure_ascii=False, indent=4)

在这个例子中，ensure_ascii=False允许输出非ASCII字符，而indent=4参数美化了输出，使其更易于阅读。

修改JSON文件

要修改JSON文件，你通常会读取文件内容，修改Python对象，然后将修改后的对象写回文件。

python">import json

# 读取JSON数据
with open('data.json', 'r', encoding='utf-8') as file:
    data = json.load(file)

# 修改数据
data['age'] = 31

# 将修改后的数据写回文件
with open('data.json', 'w', encoding='utf-8') as file:
    json.dump(data, file, ensure_ascii=False, indent=4)

处理大型JSON文件

如果你需要处理大型JSON文件，可以使用ijson库来逐个处理文件中的对象，而不是一次性将整个文件加载到内存中。

错误处理

在处理JSON文件时，可能会遇到格式错误或其他异常。你可以使用try...except块来捕获和处理这些异常。

python">import json

try:
    with open('data.json', 'r', encoding='utf-8') as file:
        data = json.load(file)
except json.JSONDecodeError:
    print("JSON文件格式错误。")
except FileNotFoundError:
    print("文件未找到。")
except Exception as e:
    print(f"发生错误：{e}")

这些是Python中操作JSON文件的基本方法。根据你的具体需求，你可能需要调整这些代码来适应不同的场景。

四、练习

下面是一个简单的Python示例，展示了如何将JSON文件中的图书记录导入到PostgreSQL数据库中，以及如何从数据库中导出记录到JSON文件。这个示例假设你已经有一个PostgreSQL数据库和一个名为books的表，表结构如下：

CREATE TABLE books (
    id SERIAL PRIMARY KEY,
    title VARCHAR(255) NOT NULL,
    author VARCHAR(255) NOT NULL,
    published_year INT,
    isbn VARCHAR(13),
    genre VARCHAR(100)
);

1. 将JSON文件导入到数据库

python">import json
import psycopg2

# JSON文件路径
json_file_path = 'books.json'

# PostgreSQL数据库连接参数
conn_params = {
    'dbname': 'personal_library_db',
    'user': 'your_username',
    'password': 'your_password',
    'host': 'your_host',
    'port': '5432'
}

# 读取JSON文件并导入数据到数据库
def import_json_to_db(json_file_path, conn_params):
    with open(json_file_path, 'r', encoding='utf-8') as file:
        books = json.load(file)
        
    conn = psycopg2.connect(**conn_params)
    cursor = conn.cursor()
    
    for book in books:
        cursor.execute("""
            INSERT INTO books (title, author, published_year, isbn, genre)
            VALUES (%s, %s, %s, %s, %s);
        """, (book['title'], book['author'], book['published_year'], book['isbn'], book['genre']))
    
    conn.commit()
    cursor.close()
    conn.close()

# 调用函数
import_json_to_db(json_file_path, conn_params)

2. 从数据库导出到JSON文件

python">import json
import psycopg2

# PostgreSQL数据库连接参数
conn_params = {
    'dbname': 'personal_library_db',
    'user': 'your_username',
    'password': 'your_password',
    'host': 'your_host',
    'port': '5432'
}

# 从数据库导出数据到JSON文件
def export_db_to_json(conn_params, json_file_path):
    conn = psycopg2.connect(**conn_params)
    cursor = conn.cursor()
    
    cursor.execute("SELECT * FROM books;")
    books = cursor.fetchall()
    
    # 将查询结果转换为字典列表
    books_data = []
    for book in books:
        books_data.append({
            'id': book[0],
            'title': book[1],
            'author': book[2],
            'published_year': book[3],
            'isbn': book[4],
            'genre': book[5]
        })
    
    with open(json_file_path, 'w', encoding='utf-8') as file:
        json.dump(books_data, file, ensure_ascii=False, indent=4)
    
    cursor.close()
    conn.close()

# JSON文件路径
json_file_path = 'exported_books.json'

# 调用函数
export_db_to_json(conn_params, json_file_path)

在这个示例中，我们首先定义了两个函数：import_json_to_db和export_db_to_json。第一个函数从指定的JSON文件中读取图书数据，并将其插入到数据库中。第二个函数从数据库中查询所有图书数据，并将它们保存到指定的JSON文件中。

请确保替换conn_params中的数据库连接参数为你的实际信息，并根据你的实际情况调整JSON文件路径和表结构。此外，这个示例没有包含错误处理和输入验证，这些在实际应用中是非常重要的。


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