為什麼要學 Python 檔案處理？

Python 檔案處理是程式設計中一個非常重要的環節，無論你是想：

• 儲存資料： 將程式運算的結果、使用者輸入的資料或是從網路抓取的資料儲存起來，方便日後分析或使用。
• 讀取資料： 從檔案中讀取資料進行進一步的處理，例如資料分析、機器學習等。
• 建立應用程式： 許多應用程式都需要與檔案系統互動，例如文字編輯器、圖片瀏覽器、資料庫管理系統等。

Python 檔案處理的優勢

• 資料持久化： 將程式運行的結果儲存到檔案中，即使程式結束運行，資料也不會丟失。
• 資料共享： 可以將資料儲存到檔案中，方便與他人共享或在不同程式之間傳遞。
• 自動化任務： 可以寫 Python 程式自動化處理大量檔案，提高工作效率。
• 建立更複雜的應用程式： 檔案處理是許多複雜應用程式的基礎。
• 語法簡單： Python 的檔案處理語法非常直觀，容易學習。
• 功能強大： Python 提供了豐富的函式庫，可以處理各種格式的檔案。
• 跨平台： Python 程式可以在不同的作業系統上運行，檔案處理功能也具有良好的跨平台性。

常見的檔案處理應用場景

• 資料分析： 從 CSV、Excel 等檔案中讀取資料，進行統計分析、資料視覺化等。
• 網頁爬蟲： 將網頁內容下載並儲存到本地檔案中。
• 資料庫操作： 將資料儲存到資料庫中，或從資料庫中讀取資料。
• 配置檔案： 讀取配置檔案，設定程式的運行參數。
• 日誌記錄： 將程式的運行狀態記錄到檔案中，方便排錯。

Python 檔案處理方法：

開啟檔案open()

基本語法

file = open("filename.txt", "mode")
file.close()

filename.txt: 要開啟的檔案名稱相對路徑。
mode: 開啟模式，常見的有：
r: 讀取 (預設)
w: 寫入 (覆寫)
a: 追加 (在檔案末尾追加)
x: 創建新檔案 (如果檔案已存在則報錯)

進階使用與 with 一起使用 開啟檔案

什麼是 with 陳述式？
with 陳述式是一種上下文管理器，它讓程式碼更簡潔，並且能自動釋放資源。
為什麼要用 with 陳述式？
在處理檔案、資料庫連接等資源時，為了避免忘記關閉檔案導致的資源洩露，使用 with 陳述式能確保資源在使用完畢後被自動正確關閉檔案，即使發生異常。
with 陳述式的語法

with open(expression,"mode") as variable:
    # 在這個區塊中，可以使用 variable 來訪問資源

• expression：通常是一個函式呼叫，返回一個上下文管理器物件。
• variable：一個變數，用來表示上下文管理器所管理的資源。

with open("my_file.txt", "a" as file:
    file.write("This is a new line.\n")

as file 中的 file 是自定義的
as file 中的 file 並不是 Python 的關鍵字，而是一個變量名稱。
你可以將它換成任何你喜歡的變量名稱

讀取檔案 "r"

一次讀取所有內容.read()：

假設我有一份my_file.txt 裡面內容為：

I love python
I love Club

with open("my_file.txt","r") as file:
    words = file.read()
print(words) 

#輸出
I love python
I love Club

讀取指定數量的位元組.read(n)：

with open("my_file.txt","r") as file:
    word = file.read(6)
print(word) 
file.close()
#輸出 I love

單行讀取.readline()

with open("my_file.txt","r") as file:
    first_line = file.readline()
    second_line = file.readline()
print(second_line,first_line,sep='\n') 

#輸出
I love Club
I love python

逐行讀取.readlines()

它會將文件中的每一行讀取為一個元素，並將這些元素存儲在一個列表中。

with open("my_file.txt","r") as file:
    a = file.readlines()
print(a) 

#輸出
['I love python\n', 
'I love Club']

# 遍歷每一行
with open("my_file.txt","r") as file:
    for line in file.readlines():
        print(line)

#輸出
I love python

I love Club

編碼 (encoding)

什麼是編碼(encoding)？

編碼是將文字轉換成電腦可以理解的二進位數字的過程。不同的編碼方式使用不同的對應關係，例如 ASCII、UTF-8、Big5 等。

為什麼要了解編碼？

在讀取或開啟文件時，python會根據你電腦的os預設encoding來呈現，
但如果跟其他人寫入文件的encoding不同，就 有可能會看到亂碼 。
所以在處理文字檔案時，必須指定正確的編碼方式，才能正確地讀取和寫入資料。

常見的編碼:

• UTF-8: 最常用，一種可變長度的 Unicode 轉碼格式，幾乎可以表示世界上所有的文字。
• ASCII: 主要用於顯示現代英文的字元。
• Big5/cp950: 常用於繁體中文的編碼。

結合範例

with open('my_file.txt', 'r', encoding='utf-8') as f:
    for line in f:
        print(line, end='')

寫入檔案

常見寫入檔案的模式

'w': 寫入模式，如果檔案存在則會覆蓋原有檔案內容。如果檔案不存在，則會創建新檔案。
'a': 附加模式，用於在檔案末尾追加內容。如果檔案不存在，則會創建新檔案。
'x': 排他性創建模式，如果檔案已經存在則會報錯。
'b': 二進位模式，用於讀寫二進位資料。
't': 文字模式（預設），用於讀寫文字資料。

使用'w' 模式寫入檔案的步驟

先打開檔案寫入，再讀取（分開操作，無法同時寫入和讀取）
原因： 在同一個 with 語句中，使用 'w' 模式開啟檔案後，檔案就處於寫入狀態。如果你想在寫入之後立即讀取，需要重新開啟檔案，並使用 'r' 模式。

# 以寫入模式開啟一個名為 my_file.txt 的檔案
with open('my_file.txt', 'w', encoding='utf-8') as f:
    #寫入檔案
    file.write("Hello, world!\n")  # 寫入一行文字
#再讀取
with open('my_file.txt', 'r', encoding='utf-8') as f:
    for line in f:
        print(line, end='')

這段程式碼做了以下事情：

• 開啟檔案： 使用 with open() 開啟名為 my_file.txt 的檔案，以讀取模式開啟，並指定編碼為 UTF-8。
• 逐行讀取： 使用 for 迴圈逐行讀取檔案內容，並將每一行印出。
• 自動關閉： 離開 with 區塊時，檔案會自動關閉。

使用'a' 模式來追加寫入並讀取（同一個檔案）

# 寫入檔案
with open('my_file.txt', 'a', encoding='utf-8') as f:
    f.write("Hello, world!\n")

# 讀取檔案
with open('my_file.txt', 'r', encoding='utf-8') as f:
    for line in f:
        print(line, end='')

使用'x' 模式

'x' 模式 的主要用途是 創建一個新檔案，如果檔案已經存在，就會報錯。因此，它並不能直接用於追加寫入和讀取同一個檔案。

 with open('my_file.txt', 'x') as f:
        f.write("第一次寫入\n")
# 追加寫入        
 with open('my_file.txt', 'a') as f:
    f.write("追加內容\n")       
# 讀取
with open('my_file.txt', 'r') as f:
    for line in f:
        print(line, end='')        

其他寫入檔案的方式 .writelines(seq)

在 Python 中，當我們想要一次性將一個序列（例如列表或元組）中的多個字符串寫入到一個檔案中時，，並且在每個字符串的末尾自動添加一個換行符。.writelines(seq) 方法是一個非常方便的選擇。

with open("my_file.txt", "w", encoding='utf-8') as file:
    lines = ["第一行\n", "第二行\n", "第三行\n", "test\n"]
    file.writelines(lines)

其他寫入檔案的方式 print(data,file=f)

在 Python 中，print() 函數通常用來將資料輸出到終端（也就是我們平常看到的命令列）。然而，透過指定 file 參數，我們可以將輸出導向到一個檔案中，而不是顯示在螢幕上。
-data: 你想要寫入檔案的資料，可以是字符串、數字、或是更複雜的資料結構。
-file: 要寫入的檔案對象。這個對象通常是透過 open() 函數取得的。

with open('my_file.txt', 'w') as file:
    data = "Hello, world!\n"
    print(data, file=file)

with open('movieList.txt', 'w', encoding='utf-8')as f:
    movies = ['movie1', 'movie2', 'movie3']
    print(movies, file=f)

option

Python 的 seek() 方法：精準控制檔案讀寫位置

seek() 函數的用途

seek() 函數在 Python 中主要用於在檔案中移動讀寫位置。想像一個檔案就像是一本書，而 seek() 就如同將書籤移動到書的任意頁面。透過這個函數，我們可以精準地控制從檔案的哪個位置開始讀取或寫入資料。

seek() 的參數

offset: 偏移量，表示要移動的位元組數。可以是正數（向後移動）、負數（向前移動）或 0（無移動）。
whence: 可選參數，表示偏移量的參考位置。
0 (os.SEEK_SET)：檔案的起始位置
1 (os.SEEK_CUR)：當前的文件位置
2 (os.SEEK_END)：檔案的結尾位置

常見的使用情境

隨機存取檔案：

• 從任意位置開始讀取： 將 offset 設為要開始讀取的位元組數，whence 設為 0。
• 在特定位置插入資料： 將 offset 設為插入位置，whence 設為 0，然後使用 write() 方法寫入資料。

處理大型檔案：

• 分段讀取： 對於過大的檔案，一次性讀取可能會導致記憶體不足。可以使用 seek() 分段讀取，每次只讀取一小部分。
• 跳過無用資料： 如果檔案中包含大量無用的資料，可以使用 seek() 跳過這些部分，直接定位到需要的資料。
• 修改檔案內容：
  • 替換特定內容： 將文件指針移動到要替換的內容的起始位置，然後使用 write() 方法寫入新的內容。
  • 插入新內容： 將文件指針移動到插入位置，然後使用 write() 方法寫入新的內容。

with open('my_file.txt', 'r+') as f:
    # 移動到檔案末尾
    f.seek(0, 2)
    # 在末尾追加一行
    f.write('\nThis is a new line.')

    # 移動到檔案開頭
    f.seek(0)
    # 讀取前10個位元組
    data = f.read(10)
    print(data)

注意事項
二進位模式 vs. 文字模式： 在二進位模式下，seek() 操作的是位元組，而在文字模式下，seek() 操作的是字元。
不同系統的換行符： 在不同作業系統中，換行符的表示方式不同。Windows 使用 \r\n，而 Unix/Linux 使用 \n。
文件指針： seek() 操作會改變文件指針的位置，後續的讀寫操作都會從新的位置開始。
檔案類型： 不是所有的檔案都支持隨機存取，例如壓縮檔案或資料庫檔案。
結語
seek() 函數為我們提供了對檔案進行精細控制的能力，在處理各種檔案操作時都非常有用。通過熟練掌握 seek() 的用法，我們可以更靈活地處理檔案資料。

常見的應用場景：

編輯器： 在編輯器中，seek() 可以用於實現光標的移動和內容的插入、刪除。
資料庫： 資料庫系統中，seek() 可以用於定位到特定的記錄。
網路通訊： 在網路通訊中，seek() 可以用於處理接收到的資料包。