第87集：文件路径操作

学习目标

  • 理解文件路径的基本概念（绝对路径、相对路径）
  • 掌握os.path模块的常用方法
  • 掌握pathlib模块的使用
  • 学会跨平台路径处理
  • 了解路径操作的最佳实践

一、文件路径基础概念

1.1 什么是文件路径

文件路径是文件系统中文件或目录的位置标识。在Python中，正确处理文件路径是进行文件操作的基础。

1.2 路径类型

绝对路径

  • 从根目录开始的完整路径
  • 在Windows中：C:\Users\Username\Documents\file.txt
  • 在Unix/Linux中：/home/username/documents/file.txt
  • 特点：唯一确定，不依赖当前工作目录

相对路径

  • 相对于当前工作目录的路径
  • 使用.表示当前目录，..表示上级目录
  • 示例：./data/file.txt、../config/settings.json
  • 特点：简洁，但依赖当前工作目录

1.3 路径分隔符

  • Windows：反斜杠 \
  • Unix/Linux/macOS：正斜杠 /
  • Python会自动处理跨平台路径分隔符

二、os.path模块详解

os.path模块是Python标准库中处理文件路径的传统模块，提供了丰富的路径操作方法。

2.1 路径拼接与分解

os.path.join()

import os

# 路径拼接
path = os.path.join('folder', 'subfolder', 'file.txt')
# Windows: 'folder\\subfolder\\file.txt'
# Linux: 'folder/subfolder/file.txt'

# 自动处理分隔符
path = os.path.join('/home', 'user', 'documents', 'file.txt')
# '/home/user/documents/file.txt'

os.path.split()

# 分割路径和文件名
path = '/home/user/documents/file.txt'
dirname, filename = os.path.split(path)
# dirname: '/home/user/documents'
# filename: 'file.txt'

os.path.splitext()

# 分割文件名和扩展名
path = 'document.pdf'
filename, ext = os.path.splitext(path)
# filename: 'document'
# ext: '.pdf'

2.2 路径规范化

os.path.abspath()

# 获取绝对路径
relative_path = './data/file.txt'
absolute_path = os.path.abspath(relative_path)
# 返回完整的绝对路径

os.path.normpath()

# 规范化路径
path = './folder/../folder/./file.txt'
normalized = os.path.normpath(path)
# 'folder/file.txt'

os.path.realpath()

# 解析符号链接，返回真实路径
real_path = os.path.realpath('/path/to/symlink')

2.3 路径信息查询

os.path.exists()

# 检查路径是否存在
if os.path.exists('/path/to/file'):
    print("路径存在")

os.path.isfile()

# 检查是否为文件
if os.path.isfile('/path/to/file'):
    print("这是一个文件")

os.path.isdir()

# 检查是否为目录
if os.path.isdir('/path/to/folder'):
    print("这是一个目录")
# 检查是否为符号链接
if os.path.islink('/path/to/link'):
    print("这是一个符号链接")

os.path.isabs()

# 检查是否为绝对路径
if os.path.isabs('/home/user/file.txt'):
    print("这是绝对路径")

2.4 路径组件提取

os.path.basename()

# 获取文件名
path = '/home/user/documents/file.txt'
filename = os.path.basename(path)
# 'file.txt'

os.path.dirname()

# 获取目录名
path = '/home/user/documents/file.txt'
dirname = os.path.dirname(path)
# '/home/user/documents'

os.path.commonpath()

# 获取公共路径
paths = ['/home/user/docs/file1.txt', '/home/user/docs/file2.txt']
common = os.path.commonpath(paths)
# '/home/user/docs'

2.5 路径大小与时间

os.path.getsize()

# 获取文件大小（字节）
size = os.path.getsize('/path/to/file.txt')
print(f"文件大小: {size} 字节")

os.path.getmtime()

# 获取最后修改时间（时间戳）
import time
mtime = os.path.getmtime('/path/to/file.txt')
print(f"最后修改时间: {time.ctime(mtime)}")

os.path.getctime()

# 获取创建时间（Windows）或最后元数据修改时间（Unix）
ctime = os.path.getctime('/path/to/file.txt')
print(f"创建时间: {time.ctime(ctime)}")

os.path.getatime()

# 获取最后访问时间
atime = os.path.getatime('/path/to/file.txt')
print(f"最后访问时间: {time.ctime(atime)}")

三、pathlib模块详解

pathlib是Python 3.4引入的面向对象的路径操作模块，提供了更现代、更直观的API。

3.1 Path对象创建

from pathlib import Path

# 创建路径对象
path = Path('/home/user/documents/file.txt')

# 当前工作目录
cwd = Path.cwd()

# 用户主目录
home = Path.home()

# 相对路径
relative = Path('data/file.txt')

3.2 路径拼接

# 使用 / 操作符
path = Path('folder') / 'subfolder' / 'file.txt'

# 使用 joinpath()
path = Path('folder').joinpath('subfolder', 'file.txt')

# 混合使用
base = Path('/home/user')
full = base / 'documents' / 'file.txt'

3.3 路径属性与方法

路径组件

path = Path('/home/user/documents/file.txt')

# 父目录
parent = path.parent  # Path('/home/user/documents')

# 文件名
name = path.name  # 'file.txt'

# 文件名（不含扩展名）
stem = path.stem  # 'file'

# 扩展名
suffix = path.suffix  # '.txt'

# 所有父目录
parents = list(path.parents)
# [Path('/home/user/documents'), Path('/home/user'), Path('/home'), Path('/')]

# 锚点（驱动器或根目录）
anchor = path.anchor  # '/' 或 'C:\\'

路径信息查询

path = Path('/home/user/documents/file.txt')

# 检查存在性
exists = path.exists()

# 检查是否为文件
is_file = path.is_file()

# 检查是否为目录
is_dir = path.is_dir()

# 检查是否为绝对路径
is_absolute = path.is_absolute()

# 检查是否为符号链接
is_symlink = path.is_symlink()

3.4 路径转换

path = Path('folder/file.txt')

# 转换为绝对路径
absolute = path.absolute()

# 转换为规范路径
resolved = path.resolve()

# 转换为字符串
str_path = str(path)

# 转换为URI（Windows）
uri = path.as_uri()

3.5 路径操作

创建目录

# 创建单个目录
Path('new_folder').mkdir()

# 创建多级目录
Path('parent/child/grandchild').mkdir(parents=True)

# 创建目录，如果已存在不报错
Path('existing_folder').mkdir(exist_ok=True)

删除文件/目录

# 删除文件
Path('file.txt').unlink()

# 删除空目录
Path('empty_folder').rmdir()

# 删除目录树（需要shutil）
import shutil
shutil.rmtree('folder')

重命名/移动

# 重命名文件
Path('old.txt').rename('new.txt')

# 移动文件
Path('source.txt').replace('destination/source.txt')

3.6 文件遍历

glob()方法

# 查找所有Python文件
python_files = Path('.').glob('*.py')

# 递归查找
all_python_files = Path('.').glob('**/*.py')

# 查找特定模式
files = Path('.').glob('data_*.csv')

iterdir()方法

# 遍历目录内容
folder = Path('documents')
for item in folder.iterdir():
    if item.is_file():
        print(f"文件: {item.name}")
    elif item.is_dir():
        print(f"目录: {item.name}")

rglob()方法

# 递归遍历
for item in Path('.').rglob('*.txt'):
    print(item)

3.7 文件读写

from pathlib import Path

# 写入文件
Path('output.txt').write_text('Hello, World!')

# 读取文件
content = Path('input.txt').read_text()

# 写入二进制文件
Path('image.png').write_bytes(binary_data)

# 读取二进制文件
binary_data = Path('image.png').read_bytes()

3.8 文件信息

path = Path('file.txt')

# 文件大小
size = path.stat().st_size

# 最后修改时间
import time
mtime = path.stat().st_mtime
print(f"最后修改: {time.ctime(mtime)}")

# 文件权限
mode = path.stat().st_mode

四、实际应用场景

4.1 构建跨平台路径

import os
from pathlib import Path

# 使用os.path
data_dir = os.path.join('data', 'input', 'file.txt')

# 使用pathlib
data_dir = Path('data') / 'input' / 'file.txt'

4.2 查找特定文件

from pathlib import Path

# 查找所有配置文件
config_files = list(Path('.').glob('**/*.ini'))

# 查找最近修改的文件
files = list(Path('.').glob('*.py'))
latest = max(files, key=lambda f: f.stat().st_mtime)

4.3 批量处理文件

from pathlib import Path

# 批量重命名文件
for i, file in enumerate(Path('.').glob('image_*.png')):
    new_name = f"photo_{i:03d}.png"
    file.rename(new_name)

4.4 检查文件权限

import os
from pathlib import Path

file_path = Path('important.txt')

# 检查是否可读
if os.access(file_path, os.R_OK):
    print("文件可读")

# 检查是否可写
if os.access(file_path, os.W_OK):
    print("文件可写")

# 检查是否可执行
if os.access(file_path, os.X_OK):
    print("文件可执行")

4.5 获取相对路径

from pathlib import Path

# 获取两个路径之间的相对路径
start = Path('/home/user/documents')
end = Path('/home/user/documents/projects/file.txt')
relative = end.relative_to(start)
# 'projects/file.txt'

五、最佳实践

5.1 优先使用pathlib

  • pathlib提供了更现代、更直观的API
  • 面向对象的设计更符合Python风格
  • 支持操作符重载，代码更简洁

5.2 使用原始字符串处理Windows路径

# 避免转义字符问题
path = r'C:\Users\Username\Documents\file.txt'

5.3 总是使用os.path.join或pathlib进行路径拼接

# 好的做法
path = os.path.join('folder', 'file.txt')
path = Path('folder') / 'file.txt'

# 不好的做法（跨平台问题）
path = 'folder/file.txt'  # Windows上可能有问题

5.4 处理用户输入路径时进行规范化

from pathlib import Path

user_path = input("请输入路径: ")
normalized = Path(user_path).resolve()

5.5 使用try-except处理文件操作

from pathlib import Path

try:
    content = Path('file.txt').read_text()
except FileNotFoundError:
    print("文件不存在")
except PermissionError:
    print("没有读取权限")

5.6 使用上下文管理器处理文件

from pathlib import Path

# pathlib自动处理文件关闭
content = Path('file.txt').read_text()

# 或使用传统方式
with open('file.txt', 'r') as f:
    content = f.read()

六、常见问题与解决方案

6.1 跨平台路径分隔符问题

问题：在Windows上使用正斜杠路径可能出错

解决方案：

from pathlib import Path

path = Path('folder') / 'subfolder' / 'file.txt'

6.2 相对路径依赖当前工作目录

问题：相对路径在不同工作目录下可能指向不同文件

解决方案：

from pathlib import Path

# 使用绝对路径
script_dir = Path(__file__).parent
data_file = script_dir / 'data' / 'file.txt'

6.3 路径中的特殊字符

问题：路径包含空格或特殊字符

解决方案：

from pathlib import Path

# pathlib自动处理
path = Path('my documents/file with spaces.txt')

6.4 符号链接循环

问题：解析符号链接时可能遇到循环

解决方案：

from pathlib import Path

# 使用resolve()的strict参数
try:
    path = Path('symlink').resolve(strict=True)
except RuntimeError:
    print("符号链接循环")

6.5 文件路径编码问题

问题：处理非ASCII文件名时出现编码错误

解决方案：

from pathlib import Path

# pathlib自动处理Unicode
path = Path('文档/文件.txt')

七、总结

文件路径操作是Python编程中的基础技能。本集我们学习了：

  1. 路径类型：绝对路径和相对路径的区别
  2. os.path模块：传统的路径操作方法
  3. pathlib模块：现代的面向对象路径操作
  4. 实际应用：跨平台路径处理、文件查找、批量操作
  5. 最佳实践：使用pathlib、规范化路径、错误处理

掌握这些技能将帮助你在不同平台上正确处理文件路径，编写更健壮的文件操作代码。

八、练习题

  1. 编写一个函数，接收一个文件路径，返回其父目录、文件名和扩展名
  2. 编写一个脚本，递归查找当前目录下所有大于1MB的文件
  3. 实现一个函数，将相对路径转换为基于脚本所在目录的绝对路径
  4. 编写代码，批量重命名目录中的所有图片文件，添加序号前缀
  5. 实现一个函数，检查给定路径是否存在，如果不存在则创建
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