# 第 2-2 课：文件与目录操作

## 一、本课目标

完成本课后，你将能够：

1. 解释文件、目录和路径分别是什么；
2. 使用 `Path` 表示和组合路径；
3. 创建练习目录；
4. 安全地写入、追加和读取文本文件；
5. 检查路径是否存在，以及它是不是文件；
6. 遍历目录中的文件；
7. 说明文件操作可能带来的副作用。

## 二、前置知识

学习本课前，需要掌握：

- 字符串、变量和布尔值；
- 条件判断与循环；
- 函数、参数和返回值；
- 模块、导入和程序入口判断。

上一课学习了模块。本课将从 Python 标准库中导入 `pathlib` 模块提供的 `Path`。

## 三、文件、目录和路径是什么

文件（File）是保存在计算机中的一份数据，例如：

- Python 程序 `practice.py`；
- 文本文件 `learning_notes.txt`；
- 图片文件 `photo.png`。

目录（Directory）也常被称为文件夹，用于组织文件和其他目录。

路径（Path）用于描述文件或目录在计算机中的位置。例如：

```text
02_python进阶/2_2_文件与目录操作/runtime_data/learning_notes.txt
```

可以把路径理解为从一个位置找到目标文件所经过的路线。

## 四、为什么使用 `Path`

不同操作系统表示路径的方式可能不同。Windows 常见反斜杠 `\`，其他系统常见正斜杠 `/`。手工拼接路径容易写错。

`pathlib` 是 Python 标准库中的路径处理模块。`Path` 是它提供的路径对象：

```python
from pathlib import Path

lesson_dir = Path(__file__).parent
data_dir = lesson_dir / "runtime_data"
```

对象（Object）可以暂时理解为“同时保存数据和操作能力的值”。面向对象课程会详细讲解。

这里：

- `__file__` 是 Python 自动提供的特殊变量，表示当前文件的位置；
- `Path(__file__)` 把位置转换成路径对象；
- `.parent` 得到当前文件所在的目录；
- `/ "runtime_data"` 在原路径后面组合新的目录名。

这里的 `/` 不是数学除法。`Path` 对象把它设计成了清晰的路径组合写法。

## 五、相对路径与绝对路径

相对路径（Relative Path）表示相对于当前工作位置的路线：

```text
runtime_data/learning_notes.txt
```

绝对路径（Absolute Path）从磁盘或系统根位置开始，完整描述目标位置。在 Windows 中可能类似：

```text
F:\PyCharm\PythonLearn\02_python进阶\2_2_文件与目录操作
```

本课通过 `Path(__file__).parent` 取得课程目录。这样无论从项目根目录还是课程目录启动示例，数据都会写入本课自己的 `runtime_data`。

## 六、创建目录

```python
data_dir.mkdir(parents=True, exist_ok=True)
```

`mkdir()` 表示创建目录：

- `parents=True`：需要时一并创建缺少的上级目录；
- `exist_ok=True`：目录已经存在时不报错。

如果没有 `exist_ok=True`，第二次运行程序时可能出现：

```text
FileExistsError
```

中文解释：程序想创建的文件或目录已经存在。

## 七、写入文本文件

```python
notes_file.write_text(
    "第一条：学习使用 Path 表示路径。\n",
    encoding="utf-8",
)
```

`write_text()` 会创建文件并写入文本。如果文件已经存在，它会覆盖原有内容。

覆盖意味着旧内容会被替换，可能难以恢复。因此：

- 练习时只操作专用数据目录；
- 写入前确认路径是否正确；
- 不要把重要文件路径交给练习程序；
- 中文文本明确使用 `encoding="utf-8"`。

编码（Encoding）是文字与计算机数据之间的转换规则。UTF-8 是常用的文字编码，可以保存中文和多种语言。

字符串中的 `\n` 表示换行。

## 八、追加文本文件

覆盖写入会清空旧内容。希望在文件末尾增加内容时，可以使用追加模式：

```python
with notes_file.open("a", encoding="utf-8") as file:
    file.write("第二条：学习读取和追加文件。\n")
```

打开模式（File Mode）`"a"` 中的字母来自 append，表示追加。

`with` 语句会在代码块结束后帮助关闭文件。即使以后文件操作发生错误，也更容易正确释放文件资源。

本课先记住固定结构：

```python
with path.open("a", encoding="utf-8") as file:
    file.write("需要追加的内容")
```

## 九、读取文本文件

```python
content = notes_file.read_text(encoding="utf-8")
print(content)
```

`read_text()` 会读取整个文本文件，并返回一个字符串。

如果文件不存在，可能出现：

```text
FileNotFoundError
```

中文解释：Python 在指定路径没有找到需要读取的文件。

可以先检查文件是否存在：

```python
if notes_file.exists():
    content = notes_file.read_text(encoding="utf-8")
```

## 十、检查路径

常用检查方法：

```python
path.exists()
path.is_file()
path.is_dir()
```

- `exists()`：路径是否存在；
- `is_file()`：路径是否存在并且是文件；
- `is_dir()`：路径是否存在并且是目录。

这些方法返回布尔值 `True` 或 `False`，可以与条件判断配合使用。

## 十一、遍历目录

```python
for path in data_dir.iterdir():
    if path.is_file():
        print(path.name)
```

`iterdir()` 会提供目录中的每一项。每一项仍然是 `Path` 对象：

- `path.name` 表示文件或目录的名称；
- `path.is_file()` 判断它是否是文件。

本课只遍历当前目录，不递归进入更深层目录。递归表示一个操作继续处理内部的子目录，属于后续扩展内容。

## 十二、示例文件与数据影响

本课文件结构：

```text
02_python进阶/2_2_文件与目录操作/
├── .gitignore
├── README.md
├── file_directory_example.py
└── practice.py
```

运行示例后会产生：

```text
runtime_data/
└── learning_notes.txt
```

运行练习后应产生：

```text
practice_data/
└── diary.txt
```

这两个数据目录都被本课 `.gitignore` 忽略，不会加入 Git。程序不会操作课程目录之外的文件。

每次运行完整示例时，`learning_notes.txt` 会先被写入初始内容，再追加第二条记录，因此结果不会无限重复增加。

## 十三、运行方法

在 PowerShell 中进入项目根目录：

```powershell
cd F:\PyCharm\PythonLearn
```

运行完整示例：

```powershell
python .\02_python进阶\2_2_文件与目录操作\file_directory_example.py
```

完成练习后运行：

```powershell
python .\02_python进阶\2_2_文件与目录操作\practice.py
```

## 十四、运行结果

完整示例的预期结果类似：

```text
数据目录已准备：runtime_data
初始内容已写入：learning_notes.txt
新的学习记录已追加。
学习记录内容：
第一条：学习使用 Path 表示路径。
第二条：学习读取和追加文件。
数据目录中的文件：
- learning_notes.txt
```

然后可以打开 `runtime_data/learning_notes.txt`，确认文件内容与终端输出一致。

## 十五、关键代码执行顺序

运行 `file_directory_example.py` 时：

1. 导入 `Path`；
2. 根据当前文件位置准备课程目录、数据目录和文件路径；
3. 定义文件操作函数；
4. 入口判断成立，调用 `main()`；
5. 创建 `runtime_data`；
6. 覆盖写入初始记录；
7. 在文件末尾追加一条记录；
8. 读取并输出完整内容；
9. 遍历数据目录并输出文件名。

先创建目录再写文件非常重要。目录不存在时，直接写入内部文件会失败。

## 十六、常见错误

### 16.1 手工拼接路径

不推荐：

```python
file_path = lesson_dir + "/runtime_data/notes.txt"
```

`lesson_dir` 是 `Path` 对象，不能直接与普通字符串这样相加。使用：

```python
file_path = lesson_dir / "runtime_data" / "notes.txt"
```

### 16.2 忘记创建目录

在 `runtime_data` 不存在时直接写入内部文件，会出现 `FileNotFoundError`。应先调用 `mkdir()`。

### 16.3 忘记指定中文编码

读取或写入中文时未指定 UTF-8，可能出现乱码或编码错误。请在读写两端都使用 `encoding="utf-8"`。

### 16.4 混淆覆盖和追加

- `write_text()` 会覆盖原内容；
- `open("a")` 会在末尾追加内容。

操作重要文件前必须确认自己需要哪一种行为。

### 16.5 忘记关闭文件

手动调用 `open()` 后如果忘记关闭文件，可能造成资源占用。本课使用 `with` 自动管理文件。

### 16.6 路径指向项目外部

练习时不要使用系统目录、桌面文件或其他项目文件。把所有练习数据限制在本课的 `practice_data` 中。

## 十七、课堂练习

打开 `practice.py`，依次完成：

1. 准备练习目录和日记文件路径；
2. 创建 `practice_data`；
3. 写入第一条日记；
4. 追加第二条日记；
5. 读取并输出完整内容；
6. 检查文件是否存在并遍历目录。

每完成一部分就运行一次。不要直接复制参考答案。

## 十八、参考答案

请先独立完成练习，再展开查看。

<details>
<summary>查看参考答案</summary>

```python
from pathlib import Path


lesson_dir = Path(__file__).parent
practice_dir = lesson_dir / "practice_data"
diary_file = practice_dir / "diary.txt"

practice_dir.mkdir(parents=True, exist_ok=True)
print("练习目录已准备。")

first_entry = "今天学习了文件与目录。\n"
diary_file.write_text(first_entry, encoding="utf-8")
print("日记已写入。")

with diary_file.open("a", encoding="utf-8") as file:
    file.write("我会使用 Path 处理路径。\n")

print("日记已追加。")

content = diary_file.read_text(encoding="utf-8")
print("日记内容：")
print(content, end="")

if diary_file.exists():
    print("日记文件存在。")

print("练习目录中的文件：")

for path in practice_dir.iterdir():
    if path.is_file():
        print(path.name)
```

</details>

## 十九、本课小结

- 文件保存数据，目录用于组织文件，路径描述它们的位置；
- `Path` 可以清晰地表示和组合路径；
- `mkdir()` 可以创建目录；
- `write_text()` 可以写入文本，但会覆盖原内容；
- `open("a")` 可以追加内容；
- `read_text()` 可以读取整个文本文件；
- `with` 可以帮助正确关闭文件；
- `exists()`、`is_file()` 和 `is_dir()` 可以检查路径；
- `iterdir()` 可以遍历目录；
- 文件操作存在副作用，必须限制操作范围并确认目标路径。

## 二十、验收标准

完成本课时，应满足：

- 可以解释文件、目录、相对路径和绝对路径；
- 可以使用 `Path(__file__).parent` 定位当前课程目录；
- 可以使用 `/` 组合 `Path` 路径；
- 可以创建已经存在也不会报错的目录；
- 可以正确写入、追加和读取中文文本；
- 可以解释覆盖写入与追加写入的区别；
- 可以使用 `with` 打开文件；
- 可以检查路径并遍历目录中的文件；
- 练习数据只出现在 `practice_data` 中；
- 运行两次练习，程序都不会崩溃；
- 最终日记内容不会因为重复运行而无限增加。