第91集：os模块详解
学习目标
- 了解os模块的作用和重要性
- 掌握os模块的文件和目录操作
- 学会使用os模块管理进程
- 掌握环境变量的操作
- 学会获取系统信息
- 了解路径操作的最佳实践
一、os模块概述
1.1 什么是os模块
os模块是Python标准库中与操作系统交互的核心模块，提供了大量与操作系统相关的功能。它允许Python程序执行各种系统级操作，如文件管理、进程控制、环境变量访问等。
1.2 os模块的主要功能
- 文件和目录操作
- 进程管理
- 环境变量访问
- 系统信息获取
- 路径操作
- 文件权限管理
- 系统命令执行
1.3 导入os模块
import os二、文件和目录操作
2.1 获取当前工作目录
import os
# 获取当前工作目录
current_dir = os.getcwd()
print(f"当前工作目录: {current_dir}")2.2 改变工作目录
import os
# 改变工作目录
os.chdir('/path/to/directory')
print(f"新的工作目录: {os.getcwd()}")2.3 创建目录
import os
# 创建单个目录
os.mkdir('new_directory')
# 创建多级目录
os.makedirs('parent/child/grandchild', exist_ok=True)2.4 删除目录
import os
# 删除空目录
os.rmdir('empty_directory')
# 删除目录及其内容
import shutil
shutil.rmtree('directory_with_content')2.5 列出目录内容
import os
# 列出目录内容
items = os.listdir('.')
print(f"目录内容: {items}")
# 列出所有文件和目录
for item in os.listdir('.'):
print(item)2.6 文件和目录重命名
import os
# 重命名文件或目录
os.rename('old_name.txt', 'new_name.txt')
# 移动文件或目录
os.rename('source.txt', 'destination/source.txt')2.7 删除文件
import os
# 删除文件
os.remove('file.txt')
# 删除多个文件
for file in ['file1.txt', 'file2.txt']:
if os.path.exists(file):
os.remove(file)2.8 文件和目录信息
import os
import time
# 获取文件状态信息
stat_info = os.stat('file.txt')
print(f"文件大小: {stat_info.st_size} 字节")
print(f"最后访问时间: {time.ctime(stat_info.st_atime)}")
print(f"最后修改时间: {time.ctime(stat_info.st_mtime)}")
print(f"创建时间: {time.ctime(stat_info.st_ctime)}")
# 检查文件或目录是否存在
if os.path.exists('file.txt'):
print("文件存在")
# 检查是否为文件
if os.path.isfile('file.txt'):
print("这是一个文件")
# 检查是否为目录
if os.path.isdir('directory'):
print("这是一个目录")2.9 遍历目录树
import os
# 遍历目录树
for root, dirs, files in os.walk('directory'):
print(f"当前目录: {root}")
print(f"子目录: {dirs}")
print(f"文件: {files}")
print("-" * 50)三、路径操作
3.1 路径拼接
import os
# 路径拼接
path = os.path.join('folder', 'subfolder', 'file.txt')
print(f"拼接后的路径: {path}")3.2 路径分割
import os
# 分割路径
path = '/home/user/documents/file.txt'
dirname, basename = os.path.split(path)
print(f"目录名: {dirname}")
print(f"文件名: {basename}")
# 分割扩展名
filename, ext = os.path.splitext(basename)
print(f"文件名: {filename}")
print(f"扩展名: {ext}")3.3 路径规范化
import os
# 规范化路径
path = 'folder/../folder/./file.txt'
normalized = os.path.normpath(path)
print(f"规范化后的路径: {normalized}")
# 获取绝对路径
absolute = os.path.abspath('file.txt')
print(f"绝对路径: {absolute}")3.4 路径信息
import os
# 获取目录名
dirname = os.path.dirname('/path/to/file.txt')
print(f"目录名: {dirname}")
# 获取文件名
basename = os.path.basename('/path/to/file.txt')
print(f"文件名: {basename}")
# 获取扩展名
ext = os.path.splitext('file.txt')[1]
print(f"扩展名: {ext}")四、环境变量
4.1 获取环境变量
import os
# 获取环境变量
path = os.environ.get('PATH')
print(f"PATH: {path}")
# 获取环境变量（带默认值）
home = os.environ.get('HOME', '/default/home')
print(f"HOME: {home}")
# 获取所有环境变量
for key, value in os.environ.items():
print(f"{key} = {value}")4.2 设置环境变量
import os
# 设置环境变量
os.environ['MY_VAR'] = 'my_value'
print(f"MY_VAR: {os.environ.get('MY_VAR')}")
# 修改环境变量
os.environ['PATH'] = '/new/path:' + os.environ.get('PATH', '')4.3 删除环境变量
import os
# 删除环境变量
if 'MY_VAR' in os.environ:
del os.environ['MY_VAR']五、进程管理
5.1 获取进程ID
import os
# 获取当前进程ID
pid = os.getpid()
print(f"当前进程ID: {pid}")
# 获取父进程ID
ppid = os.getppid()
print(f"父进程ID: {ppid}")5.2 执行系统命令
import os
# 执行系统命令
os.system('ls -l')
# 获取命令输出
output = os.popen('ls -l').read()
print(output)5.3 创建子进程
import os
# 创建子进程
pid = os.fork()
if pid == 0:
print("子进程")
else:
print(f"父进程，子进程ID: {pid}")六、文件权限
6.1 获取文件权限
import os
import stat
# 获取文件权限
mode = os.stat('file.txt').st_mode
print(f"文件权限: {oct(mode)}")
# 检查文件权限
if os.access('file.txt', os.R_OK):
print("文件可读")
if os.access('file.txt', os.W_OK):
print("文件可写")
if os.access('file.txt', os.X_OK):
print("文件可执行")6.2 修改文件权限
import os
import stat
# 修改文件权限
os.chmod('file.txt', 0o644) # rw-r--r--
# 添加执行权限
os.chmod('script.sh', os.stat('script.sh').st_mode | stat.S_IXUSR)七、系统信息
7.1 操作系统信息
import os
import platform
# 获取操作系统名称
print(f"操作系统: {os.name}")
print(f"系统: {platform.system()}")
print(f"版本: {platform.version()}")
print(f"架构: {platform.machine()}")
# 检查操作系统类型
if os.name == 'nt':
print("Windows系统")
elif os.name == 'posix':
print("POSIX系统（Linux/Unix/Mac）")7.2 用户信息
import os
# 获取用户信息
print(f"当前用户: {os.getlogin()}")
print(f"用户ID: {os.getuid()}")
print(f"组ID: {os.getgid()}")7.3 系统资源
import os
# 获取系统信息
print(f"CPU核心数: {os.cpu_count()}")
# 获取页面大小
print(f"页面大小: {os.sysconf('SC_PAGE_SIZE')} 字节")八、文件描述符
8.1 文件描述符操作
import os
# 打开文件
fd = os.open('file.txt', os.O_RDWR | os.O_CREAT)
# 读取文件
data = os.read(fd, 1024)
print(data.decode())
# 写入文件
os.write(fd, b'Hello, World!')
# 关闭文件
os.close(fd)8.2 文件描述符复制
import os
# 复制文件描述符
fd = os.open('file.txt', os.O_RDONLY)
fd2 = os.dup(fd)
# 关闭原始文件描述符
os.close(fd)
# 使用复制的文件描述符
os.close(fd2)九、临时文件和目录
9.1 创建临时文件
import os
import tempfile
# 创建临时文件
temp_file = tempfile.NamedTemporaryFile(delete=False)
print(f"临时文件: {temp_file.name}")
# 写入数据
temp_file.write(b'Temporary data')
temp_file.close()
# 删除临时文件
os.unlink(temp_file.name)9.2 创建临时目录
import os
import tempfile
# 创建临时目录
temp_dir = tempfile.mkdtemp()
print(f"临时目录: {temp_dir}")
# 使用临时目录
temp_file = os.path.join(temp_dir, 'temp.txt')
with open(temp_file, 'w') as f:
f.write('Temporary data')
# 删除临时目录
import shutil
shutil.rmtree(temp_dir)十、os模块的实际应用
10.1 文件备份工具
import os
import shutil
from datetime import datetime
def backup_files(source_dir, backup_dir):
"""备份文件"""
timestamp = datetime.now().strftime('%Y%m%d_%H%M%S')
backup_path = os.path.join(backup_dir, f'backup_{timestamp}')
# 创建备份目录
os.makedirs(backup_path, exist_ok=True)
# 复制文件
for item in os.listdir(source_dir):
src = os.path.join(source_dir, item)
dst = os.path.join(backup_path, item)
if os.path.isfile(src):
shutil.copy2(src, dst)
elif os.path.isdir(src):
shutil.copytree(src, dst)
print(f"备份完成: {backup_path}")
# 使用
backup_files('source', 'backup')10.2 文件清理工具
import os
import time
def clean_old_files(directory, days=7):
"""清理旧文件"""
now = time.time()
cutoff = now - (days * 86400)
for root, dirs, files in os.walk(directory):
for file in files:
file_path = os.path.join(root, file)
file_mtime = os.path.getmtime(file_path)
if file_mtime < cutoff:
os.remove(file_path)
print(f"删除: {file_path}")
# 使用
clean_old_files('temp', days=7)10.3 目录同步工具
import os
import shutil
def sync_directories(src, dst):
"""同步目录"""
for item in os.listdir(src):
src_path = os.path.join(src, item)
dst_path = os.path.join(dst, item)
if os.path.isfile(src_path):
if not os.path.exists(dst_path):
shutil.copy2(src_path, dst_path)
print(f"复制: {item}")
elif os.path.getmtime(src_path) > os.path.getmtime(dst_path):
shutil.copy2(src_path, dst_path)
print(f"更新: {item}")
elif os.path.isdir(src_path):
if not os.path.exists(dst_path):
shutil.copytree(src_path, dst_path)
print(f"复制目录: {item}")
else:
sync_directories(src_path, dst_path)
# 使用
sync_directories('source', 'destination')10.4 文件查找工具
import os
def find_files(directory, pattern):
"""查找文件"""
matches = []
for root, dirs, files in os.walk(directory):
for file in files:
if pattern in file:
matches.append(os.path.join(root, file))
return matches
# 使用
files = find_files('.', '.txt')
for file in files:
print(file)10.5 磁盘空间检查
import os
def check_disk_space(path):
"""检查磁盘空间"""
stat = os.statvfs(path)
total = stat.f_blocks * stat.f_frsize
free = stat.f_bavail * stat.f_frsize
used = total - free
print(f"总空间: {total / (1024**3):.2f} GB")
print(f"已使用: {used / (1024**3):.2f} GB")
print(f"可用空间: {free / (1024**3):.2f} GB")
print(f"使用率: {(used / total) * 100:.2f}%")
# 使用
check_disk_space('/')十一、os.path模块
11.1 路径操作
import os.path
# 路径拼接
path = os.path.join('folder', 'file.txt')
# 获取绝对路径
abs_path = os.path.abspath('file.txt')
# 规范化路径
norm_path = os.path.normpath('folder/../folder/./file.txt')
# 获取目录名
dirname = os.path.dirname('/path/to/file.txt')
# 获取文件名
basename = os.path.basename('/path/to/file.txt')
# 分割路径
dirname, basename = os.path.split('/path/to/file.txt')
# 分割扩展名
filename, ext = os.path.splitext('file.txt')11.2 路径检查
import os.path
# 检查路径是否存在
exists = os.path.exists('/path/to/file')
# 检查是否为文件
is_file = os.path.isfile('/path/to/file')
# 检查是否为目录
is_dir = os.path.isdir('/path/to/dir')
# 检查是否为绝对路径
is_abs = os.path.isabs('/path/to/file')
# 检查路径是否相同
same = os.path.samefile('/path1', '/path2')11.3 文件信息
import os.path
import time
# 获取文件大小
size = os.path.getsize('file.txt')
# 获取最后访问时间
atime = os.path.getatime('file.txt')
print(f"最后访问时间: {time.ctime(atime)}")
# 获取最后修改时间
mtime = os.path.getmtime('file.txt')
print(f"最后修改时间: {time.ctime(mtime)}")
# 获取创建时间
ctime = os.path.getctime('file.txt')
print(f"创建时间: {time.ctime(ctime)}")十二、最佳实践
12.1 使用os.path代替字符串操作
# 好的做法
path = os.path.join('folder', 'subfolder', 'file.txt')
# 不好的做法
path = 'folder/subfolder/file.txt' # 跨平台兼容性差12.2 检查文件/目录是否存在
# 好的做法
if os.path.exists('file.txt'):
os.remove('file.txt')
# 不好的做法
os.remove('file.txt') # 可能抛出异常12.3 使用上下文管理器
# 好的做法
with open('file.txt', 'r') as f:
content = f.read()
# 不好的做法
f = open('file.txt', 'r')
content = f.read()
f.close() # 可能忘记关闭12.4 处理异常
import os
try:
os.remove('file.txt')
except FileNotFoundError:
print("文件不存在")
except PermissionError:
print("没有权限")12.5 使用pathlib（Python 3.4+）
from pathlib import Path
# 创建路径
path = Path('folder') / 'subfolder' / 'file.txt'
# 检查是否存在
if path.exists():
print("路径存在")
# 读取文件
content = path.read_text()
# 写入文件
path.write_text('Hello, World!')十三、常见问题与解决方案
13.1 跨平台路径问题
问题：路径分隔符在不同操作系统上不同
解决方案：
import os
# 使用os.path.join
path = os.path.join('folder', 'file.txt')13.2 权限问题
问题：没有权限访问文件或目录
解决方案：
import os
# 检查权限
if os.access('file.txt', os.R_OK):
# 读取文件
with open('file.txt', 'r') as f:
content = f.read()13.3 文件名编码问题
问题：文件名包含非ASCII字符
解决方案：
import os
# 使用Unicode字符串
filename = '文件.txt'
with open(filename, 'r', encoding='utf-8') as f:
content = f.read()13.4 路径长度限制
问题：Windows路径长度限制（260字符）
解决方案：
import os
# 使用长路径前缀（Windows）
path = r'\\?\C:\very\long\path\...'13.5 文件锁定问题
问题：文件被其他进程锁定
解决方案：
import os
import time
# 重试机制
max_retries = 3
for i in range(max_retries):
try:
with open('file.txt', 'r') as f:
content = f.read()
break
except PermissionError:
if i < max_retries - 1:
time.sleep(1)
else:
raise十四、总结
os模块是Python中与操作系统交互的核心模块。本集我们学习了：
- 文件和目录操作：创建、删除、重命名、遍历
- 路径操作：拼接、分割、规范化
- 环境变量：获取、设置、删除
- 进程管理：获取进程ID、执行命令
- 文件权限：获取、修改权限
- 系统信息：操作系统、用户、资源信息
- 实际应用：备份、清理、同步、查找工具
- 最佳实践：跨平台兼容、异常处理、pathlib
掌握os模块将帮助你更好地与操作系统交互，编写更强大的Python程序。
十五、练习题
- 编写一个函数，递归删除目录及其所有内容
- 实现一个文件查找工具，支持按名称、大小、时间查找
- 编写代码，同步两个目录的内容
- 实现一个磁盘空间监控工具
- 编写一个文件备份工具，支持增量备份
- 实现一个临时文件管理器
- 编写代码，获取系统详细信息
- 实现一个文件权限管理工具