第88集：目录操作

学习目标

• 掌握目录的创建、删除、重命名等基本操作
• 理解目录遍历的方法
• 学会使用os和pathlib模块进行目录操作
• 掌握递归目录操作
• 了解目录操作的最佳实践和注意事项

一、目录操作基础

1.1 什么是目录

目录（Directory）是文件系统中用于组织文件和子目录的容器。在Python中，目录操作是文件系统操作的重要组成部分。

1.2 目录操作的重要性

• 组织和管理文件
• 实现文件系统的层次结构
• 批量处理文件
• 实现文件备份和同步

二、os模块的目录操作

os模块提供了传统的目录操作方法，是Python标准库中最常用的文件系统操作模块。

2.1 创建目录

os.mkdir()

创建单个目录，如果父目录不存在会报错。

import os

# 创建单个目录
os.mkdir('new_folder')

# 如果目录已存在会报错
try:
    os.mkdir('existing_folder')
except FileExistsError:
    print("目录已存在")

os.makedirs()

递归创建多级目录，如果父目录不存在会自动创建。

import os

# 创建多级目录
os.makedirs('parent/child/grandchild')

# 如果目录已存在会报错
try:
    os.makedirs('existing/path')
except FileExistsError:
    print("目录已存在")

# 使用exist_ok参数避免报错
os.makedirs('existing/path', exist_ok=True)

2.2 删除目录

os.rmdir()

删除空目录，如果目录不为空会报错。

import os

# 删除空目录
os.rmdir('empty_folder')

# 如果目录不为空会报错
try:
    os.rmdir('non_empty_folder')
except OSError as e:
    print(f"删除失败: {e}")

os.removedirs()

递归删除空目录，从最内层开始删除。

import os

# 删除多级空目录
os.removedirs('parent/child/grandchild')

# 如果目录不为空会停止删除

shutil.rmtree()

删除目录及其所有内容（包括子目录和文件）。

import shutil

# 删除目录树
shutil.rmtree('folder_to_delete')

# 注意：此操作不可逆，使用时要谨慎

2.3 切换工作目录

os.chdir()

改变当前工作目录。

import os

# 获取当前工作目录
print(os.getcwd())

# 切换工作目录
os.chdir('/path/to/directory')

# 切换回上级目录
os.chdir('..')

# 切换回用户主目录
os.chdir(os.path.expanduser('~'))

2.4 获取目录列表

os.listdir()

返回指定目录下的所有条目（文件和目录）列表。

import os

# 获取当前目录内容
items = os.listdir('.')
print(items)

# 获取指定目录内容
items = os.listdir('/path/to/directory')

# 只获取文件
files = [f for f in os.listdir('.') if os.path.isfile(f)]

# 只获取目录
dirs = [d for d in os.listdir('.') if os.path.isdir(d)]

os.scandir()

返回目录条目的迭代器，比os.listdir()更高效。

import os

# 使用scandir遍历目录
with os.scandir('.') as entries:
    for entry in entries:
        if entry.is_file():
            print(f"文件: {entry.name}")
        elif entry.is_dir():
            print(f"目录: {entry.name}")

2.5 目录重命名和移动

os.rename()

重命名文件或目录，或移动文件或目录。

import os

# 重命名目录
os.rename('old_name', 'new_name')

# 移动目录（在同一文件系统内）
os.rename('folder/old_name', 'folder/subfolder/new_name')

os.renames()

递归重命名或移动目录。

import os

# 递归重命名
os.renames('old/path', 'new/path')

shutil.move()

移动文件或目录，支持跨文件系统。

import shutil

# 移动目录
shutil.move('source_folder', 'destination_folder')

# 移动并重命名
shutil.move('source_folder', 'destination/new_name')

2.6 目录信息查询

os.getcwd()

获取当前工作目录。

import os

cwd = os.getcwd()
print(f"当前工作目录: {cwd}")

os.path.isdir()

检查路径是否为目录。

import os

if os.path.isdir('/path/to/folder'):
    print("这是一个目录")

三、pathlib模块的目录操作

pathlib模块提供了面向对象的目录操作接口，更加现代和直观。

3.1 创建目录

from pathlib import Path

# 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)

# 组合使用
Path('parent/child').mkdir(parents=True, exist_ok=True)

3.2 删除目录

from pathlib import Path

# 删除空目录
Path('empty_folder').rmdir()

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

3.3 遍历目录

iterdir()

遍历目录内容。

from pathlib import Path

# 遍历目录
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}")

glob()

查找匹配模式的文件和目录。

from pathlib import Path

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

# 查找所有目录
dirs = list(Path('.').glob('*/'))

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

rglob()

递归查找匹配模式的文件和目录。

from pathlib import Path

# 递归查找所有Python文件
all_python_files = list(Path('.').rglob('*.py'))

# 递归查找所有目录
all_dirs = list(Path('.').rglob('*/'))

3.4 目录操作示例

from pathlib import Path

# 创建目录结构
project = Path('my_project')
project.mkdir(exist_ok=True)
(project / 'src').mkdir(exist_ok=True)
(project / 'tests').mkdir(exist_ok=True)
(project / 'docs').mkdir(exist_ok=True)

# 遍历目录树
for item in project.rglob('*'):
    if item.is_file():
        print(f"文件: {item.relative_to(project)}")
    elif item.is_dir():
        print(f"目录: {item.relative_to(project)}")

四、目录遍历

4.1 使用os.walk()

os.walk()是递归遍历目录树的强大工具。

import os

# 基本用法
for root, dirs, files in os.walk('directory'):
    print(f"根目录: {root}")
    print(f"子目录: {dirs}")
    print(f"文件: {files}")
    print("-" * 50)

os.walk()参数详解

• topdown: True表示从上到下遍历（默认），False表示从下到上
• onerror: 处理错误的回调函数
• followlinks: 是否跟随符号链接

import os

# 从下到上遍历
for root, dirs, files in os.walk('directory', topdown=False):
    print(f"处理目录: {root}")

# 处理错误
def handle_error(error):
    print(f"错误: {error}")

for root, dirs, files in os.walk('directory', onerror=handle_error):
    pass

# 跟随符号链接
for root, dirs, files in os.walk('directory', followlinks=True):
    pass

4.2 使用pathlib递归遍历

from pathlib import Path

# 使用rglob递归遍历
for item in Path('directory').rglob('*'):
    if item.is_file():
        print(f"文件: {item}")
    elif item.is_dir():
        print(f"目录: {item}")

# 只遍历文件
for file in Path('directory').rglob('*'):
    if file.is_file():
        print(file)

# 只遍历目录
for dir in Path('directory').rglob('*/'):
    print(dir)

4.3 自定义递归遍历

from pathlib import Path

def traverse_directory(path, depth=0):
    """递归遍历目录"""
    indent = "  " * depth
    print(f"{indent}{path.name}/")
    
    for item in path.iterdir():
        if item.is_dir():
            traverse_directory(item, depth + 1)
        else:
            print(f"{indent}  {item.name}")

# 使用
traverse_directory(Path('my_project'))

五、目录操作的实际应用

5.1 创建项目目录结构

from pathlib import Path

def create_project_structure(project_name):
    """创建标准项目目录结构"""
    project = Path(project_name)
    
    # 创建主目录
    project.mkdir(exist_ok=True)
    
    # 创建子目录
    subdirs = ['src', 'tests', 'docs', 'data', 'output']
    for subdir in subdirs:
        (project / subdir).mkdir(exist_ok=True)
    
    print(f"项目结构已创建: {project}")

# 使用
create_project_structure('my_new_project')

5.2 清理空目录

from pathlib import Path

def remove_empty_dirs(root_dir):
    """递归删除空目录"""
    root = Path(root_dir)
    
    # 从下到上遍历
    for dir_path in sorted(root.rglob('*'), reverse=True):
        if dir_path.is_dir():
            try:
                dir_path.rmdir()
                print(f"删除空目录: {dir_path}")
            except OSError:
                pass  # 目录不为空，跳过

# 使用
remove_empty_dirs('my_project')

5.3 复制目录结构

import shutil
from pathlib import Path

def copy_directory_structure(src, dst):
    """复制目录结构（不复制文件）"""
    src_path = Path(src)
    dst_path = Path(dst)
    
    for dir_path in src_path.rglob('*/'):
        relative = dir_path.relative_to(src_path)
        new_dir = dst_path / relative
        new_dir.mkdir(parents=True, exist_ok=True)
        print(f"创建目录: {new_dir}")

# 使用
copy_directory_structure('source', 'destination')

5.4 统计目录信息

from pathlib import Path

def analyze_directory(path):
    """分析目录信息"""
    root = Path(path)
    
    total_files = 0
    total_dirs = 0
    total_size = 0
    
    for item in root.rglob('*'):
        if item.is_file():
            total_files += 1
            total_size += item.stat().st_size
        elif item.is_dir():
            total_dirs += 1
    
    print(f"目录: {root}")
    print(f"文件总数: {total_files}")
    print(f"目录总数: {total_dirs}")
    print(f"总大小: {total_size / 1024:.2f} KB")

# 使用
analyze_directory('my_project')

5.5 查找大文件

from pathlib import Path

def find_large_files(directory, size_mb=10):
    """查找大于指定大小的文件"""
    root = Path(directory)
    size_threshold = size_mb * 1024 * 1024
    
    large_files = []
    for file in root.rglob('*'):
        if file.is_file():
            file_size = file.stat().st_size
            if file_size > size_threshold:
                large_files.append((file, file_size))
    
    # 按大小排序
    large_files.sort(key=lambda x: x[1], reverse=True)
    
    print(f"大于 {size_mb} MB 的文件:")
    for file, size in large_files:
        print(f"{file.relative_to(root)}: {size / 1024 / 1024:.2f} MB")

# 使用
find_large_files('my_project', size_mb=1)

5.6 同步目录

import shutil
from pathlib import Path

def sync_directories(src, dst):
    """同步两个目录"""
    src_path = Path(src)
    dst_path = Path(dst)
    
    # 确保目标目录存在
    dst_path.mkdir(parents=True, exist_ok=True)
    
    # 复制源目录中的所有文件
    for item in src_path.rglob('*'):
        if item.is_file():
            relative = item.relative_to(src_path)
            dest_file = dst_path / relative
            
            # 创建目标文件的父目录
            dest_file.parent.mkdir(parents=True, exist_ok=True)
            
            # 复制文件
            shutil.copy2(item, dest_file)
            print(f"复制: {relative}")

# 使用
sync_directories('source', 'backup')

六、目录操作的最佳实践

6.1 使用上下文管理器

import os

# 改变工作目录后自动恢复
original_cwd = os.getcwd()
try:
    os.chdir('/path/to/directory')
    # 执行操作
finally:
    os.chdir(original_cwd)

6.2 使用exist_ok参数

from pathlib import Path

# 避免目录已存在错误
Path('folder').mkdir(exist_ok=True)

6.3 使用parents参数创建多级目录

from pathlib import Path

# 一次性创建多级目录
Path('parent/child/grandchild').mkdir(parents=True, exist_ok=True)

6.4 使用try-except处理错误

from pathlib import Path

try:
    Path('folder').rmdir()
except OSError as e:
    print(f"删除失败: {e}")

6.5 使用pathlib而不是os

# 推荐
from pathlib import Path
Path('folder/file.txt').parent.mkdir(parents=True, exist_ok=True)

# 不推荐
import os
os.makedirs(os.path.dirname('folder/file.txt'), exist_ok=True)

6.6 谨慎使用rmtree

import shutil

# 删除前确认
import sys
if input("确定要删除目录吗？(y/n): ").lower() == 'y':
    shutil.rmtree('folder')
else:
    print("取消删除")

七、常见问题与解决方案

7.1 目录不存在错误

问题：操作目录时提示目录不存在

解决方案：

from pathlib import Path

# 检查目录是否存在
if not Path('folder').exists():
    Path('folder').mkdir(parents=True)

7.2 权限错误

问题：没有权限创建或删除目录

解决方案：

from pathlib import Path

try:
    Path('folder').mkdir()
except PermissionError:
    print("没有权限创建目录")

7.3 目录不为空错误

问题：删除目录时提示目录不为空

解决方案：

import shutil

# 使用shutil.rmtree删除非空目录
shutil.rmtree('folder')

7.4 路径分隔符问题

问题：在不同操作系统上路径分隔符不同

解决方案：

from pathlib import Path

# 使用pathlib自动处理跨平台路径
path = Path('folder') / 'subfolder' / 'file.txt'

7.5 符号链接循环

问题：遍历目录时遇到符号链接循环

解决方案：

import os

# 不跟随符号链接
for root, dirs, files in os.walk('directory', followlinks=False):
    pass

八、总结

目录操作是Python文件系统操作的核心技能。本集我们学习了：

1. os模块：传统的目录操作方法
2. pathlib模块：现代的面向对象目录操作
3. 目录遍历：os.walk()和pathlib的递归遍历
4. 实际应用：创建项目结构、清理空目录、同步目录等
5. 最佳实践：使用pathlib、错误处理、谨慎删除

掌握这些技能将帮助你有效地管理文件系统，实现各种文件操作需求。

九、练习题

1. 编写一个函数，递归创建指定的目录结构
2. 实现一个函数，统计指定目录及其子目录中的文件数量和总大小
3. 编写代码，查找并删除指定目录下的所有空目录
4. 实现一个函数，复制目录结构（不复制文件内容）
5. 编写一个脚本，同步两个目录的内容
6. 实现一个函数，查找指定目录下所有大于10MB的文件
7. 编写代码，创建一个标准的Python项目目录结构
8. 实现一个函数，递归遍历目录并打印目录树结构