使用 os.open 打开文件
使用 os.read 读取文件
使用 os.write 写入文件
使用 os.open 打开文件无论是读文件还是写文件，都要先打开文件。说到打开文件，估计首先想到的就是内置函数 open（即 io.open），那么它和 os.open 有什么关系呢？
内置函数 open 实际上是对 os.open 的封装，在 os.open 基础上增加了相关访问方法。因此为了操作方便，应该调用内置函数 open 进行文件操作，但如果对效率要求较高的话，则可以考虑使用 os.open。
此外 open 函数返回的是一个文件对象，我们可以在此基础上进行任意操作；而 os.open 返回的是一个文件描述符，说白了就是一个整数，因为每一个文件对象都会对应一个文件描述符。
import os
f1 = open("main.c", "r")
f2 = os.open("main.c", os.O_RDONLY)
print(f1.__class__)
print(f2.__class__)
"""
<class '_io.TextIOWrapper'>
<class 'int'>
"""
Python 的 open 函数实际上是封装了 C 的 fopen，C 的 fopen 又封装了系统调用提供的 open。
操作系统提供了很多的系统调用，打开文件则是 open，我们看到它返回一个整数，这个整数就是对应的文件描述符。C 的 fopen 封装了系统调用的 open，返回的是一个文件指针。
所以内置函数 open 和 os.open 的区别就更加清晰了，内置函数 open 在底层会使用 C 的 fopen，得到的是一个封装好的文件对象，在此基础上可以直接操作。至于 os.open 在底层则不走 C 的 fopen，而是直接使用系统调用提供的 open，得到的是文件描述符。
os 模块内部的函数基本上都是直接走的系统调用，所以模块名才叫 os。
然后我们使用 os.open 一般需要传递两个参数，第一个参数是文件名，第二个参数是模式，举个栗子：
import os
# 以只读方式打开，要求文件必须存在
# 打开时光标处于文件的起始位置
os.open("main.c", os.O_RDONLY)
# 以只写方式打开，要求文件必须存在
# 打开时光标处于文件的起始位置
os.open("main.c", os.O_WRONLY)
# 以可读可写方式打开，要求文件必须存在
# 打开时光标处于文件的起始位置
os.open("main.c", os.O_RDWR)
# 以只读方式打开，文件不存在则创建
# 存在则不做任何事情，等价于 os.O_RDONLY
# 打开时光标处于文件的起始位置
os.open("main.c", os.O_RDONLY | os.O_CREAT)
# 同理 os.O_WRONLY 和 os.O_RDWR 与之类似
os.open("main.c", os.O_WRONLY | os.O_CREAT)
os.open("main.c", os.O_RDWR | os.O_CREAT)
# 文件不存在时创建，存在时清空
# 打开时光标处于文件的起始位置
os.open("main.c",
os.O_WRONLY | os.O_CREAT | os.O_TRUNC)
# 当然读取文件也是可以的
# 比如 os.O_RDONLY | os.O_CREAT | os.O_TRUNC
# 也是文件存在时清空内容，但是这没有任何意义
# 因为读取的时候将文件清空了，那还读什么？
# 文件不存在时创建，存在时追加
# 打开时光标处于文件的末尾
os.open("main.c",
os.O_WRONLY | os.O_CREAT | os.O_APPEND)
# 所以
"""
open里面的读模式等价于这里的 os.O_RDONLY
open里面的写模式等价于这里的 os.O_WRONLY | os.O_CREATE | os.O_TRUNC
open里面的追加模式等价于这里的 os.O_WRONLY | os.O_CREATE | os.O_APPEND
"""
好，打开方式介绍完了，那么怎么读取和写入呢？很简单，读取使用 os.read，写入使用 os.write。
使用 os.read 读取文件先来看读取，os.read 接收两个参数，第一个参数是文件描述符，第二个参数是要读取多少个字节。
import os
fd = os.open("main.c", os.O_RDONLY)
# 使用 os.read 进行读取
# 这里读取 20 个字节
data = os.read(fd, 20)
print(data)
"""
b'#include <Python.h>'
"""
# 再读取 20 个字节
data = os.read(fd, 20)
print(data)
"""
b'\n#include <ctype.h>'
"""
# 继续读取
data = os.read(fd, 20)
# 由于只剩下一个字节
# 所以就读取了一个字节
# 显然此时文件已经读完了
print(data)
"""
b'\n'
"""
# 文件读取完毕之后
# 再读取的话会返回空字节串
print(os.read(fd, 20)) # b''
print(os.read(fd, 20)) # b''
print(os.read(fd, 20)) # b''
所以这就是文件的读取方式，还是很简单的。然后在读取的过程中，我们还可以移动光标，通过 os.lseek 函数。
os.lseek(fd, m, 0)：将光标从文件的起始位置向后移动 m 个字节；
os.lseek(fd, m, 1)：将光标从当前所在的位置向后移动 m 个字节；
os.lseek(fd, m, 2)：将光标从文件的结束位置向后移动 m 个字节；
如果 m 大于 0，表示向后移动，m 小于 0，表示向前移动。所以当第三个参数为 2 的时候，也就是结束位置，那么 m 一般为负数。因为相对于结束位置，肯定要向前移动，当然向后移动也可以，不过没啥意义；同理当第三个参数为 0 时，m 一般为正数，相对于起始位置，肯定要向后移动。
import os
fd = os.open("main.c", os.O_RDONLY)
data = os.read(fd, 20)
print(data)
"""
b'#include <Python.h>'
"""
# 从文件的起始位置向后移动 0 个字节
# 相当于将光标设置在文件的起始位置
os.lseek(fd, 0, 0)
data = os.read(fd, 20)
print(data)
"""
b'#include <Python.h>'
"""
# 设置在结束位置
os.lseek(fd, 0, 2)
print(os.read(fd, 20)) # b''
# 此时就什么也读不出来了
然后我们提一下 stdin, stdout, stderr，含义应该不需要解释了，重点是它们对应的文件描述符分别为 0, 1, 2。
import os
# 从标准输入里面读取 10 个字节
# 没错，此时作用类似于 input
while True:
data = os.read(0, 10).strip()
print(f"你输入了:", data)
if data == b"exit":
break
我们测试一下：
os.read 可以实现 input 的效果，并且效率更高。另外当按下回车时，换行符也会被读进去，所以需要 strip 一下。然后我们这里读的是 10 个字节，如果一次读不完，那么会分多次读取。在读取文件的时候，也是同理。
from io import BytesIO
import os
fd = os.open("main.c", os.O_RDONLY)
buf = BytesIO()
while True:
data = os.read(fd, 10)
if data != b"":
buf.write(data)
else:
break
print(buf.getvalue().decode("utf-8"))
"""
#include <Python.h>
#include <ctype.h>
"""
然后 os.read 还可以和内置函数 open 结合，举个栗子：
import os
import io
f = open("main.c", "r")
# 通过 f.fileno() 即可拿到对应的文件描述符
# 虽然这里是以文本模式打开的文件
# 但只要拿到文件描述符，都可以交给 os.read
print(
os.read(f.fileno(), 10)
) # b'#include <'
# 查看光标位置
print(f.tell()) # 10
# 移动光标位置
# 从文件开头向后移动 5 字节
f.seek(5, 0)
print(f.tell()) # 5
# os.lseek 也可以实现
os.lseek(f.fileno(), 3, 0)
print(f.tell()) # 3
# 此时会从第 4 个字节开始读取
print(f.read())
"""
clude <Python.h>
#include <ctype.h>
"""
# os.lseek 比 f.seek 要强大一些
# 移动到文件末尾，此时没问题
f.seek(0, 2)
print(f.tell()) # 41
try:
f.seek(-1, 2)
except io.UnsupportedOperation as e:
print(e)
"""
can't do nonzero end-relative seeks
"""
# 但如果要相对文件末尾移动具体的字节数
# 那么 f.seek 不支持，而 os.lseek 是可以的
print(f.tell()) # 41
os.lseek(f.fileno(), -1, 2)
print(f.tell()) # 40
# 最后只剩下一个换行符
print(os.read(f.fileno(), 10)) # b'\n'
是不是很好玩呢？
使用 os.write 写入文件然后是写入文件，调用 os.write 即可写入。
import os
# 此时可读可写，文件不存在时自动创建，存在则清空
fd = os.open("1.txt", os.O_RDWR | os.O_CREAT | os.O_TRUNC)
# 写入内容，接收两个参数
# 参数一：文件描述符；参数二：bytes 对象
os.write(fd, b"hello, ")
os.write(fd, "古明地觉".encode("utf-8"))
# 读取内容
data = os.read(fd, 1024)
print(data) # b''
# 问题来了，为啥读取不到内容呢？
# 很简单，因为光标会伴随着数据的写入而不断后移
# 这样的话，数据才能不断地写入
# 因此，现在的光标位于文件的结尾处
# 想要查看写入的内容需要移动到开头
os.lseek(fd, 0, 0)
print(os.read(fd, 1024).decode("utf-8"))
"""
hello, 古明地觉
"""
# 从后往前移动 3 字节
os.lseek(fd, -3, 2)
print(os.read(fd, 1024).decode("utf-8"))
"""
觉
"""
以上就是文件的写入，当然它也可以和内置函数 open 结合，通过 os.write(f.fileno(), b"xxx") 进行写入。但是不建议 os.open 和 open 混用，其实工作中使用 open 就足够了。
然后是 stdout 和 stderr，和 os.write 结合可以实现 print 的效果。
import os
os.write(1, "往 stdout 里面写入\n".encode("utf-8"))
os.write(2, "往 stderr 里面写入\n".encode("utf-8"))
执行一下，查看控制台：
以上就是 os.write 的用法。
最后是关闭文件，使用 os.close 即可。
import os
import io
fd = os.open("1.txt", os.O_RDWR | os.O_CREAT | os.O_TRUNC)
# 关闭文件
os.close(fd)
# 文件对象也是可以的
f = open(r"1.txt", "r")
os.close(f.fileno())
try:
f.read()
except OSError as e:
print(e)
"""
[Errno 9] Bad file descriptor
"""
如果是调用 f.close() 关闭文件，再进行读取的话，会抛出一个 ValueError，提示 I/O operation on closed file。这个报错信息比较明显，不应该在关闭的文件上执行 IO 操作，因为文件对象知道文件已经关闭了，毕竟调用的是自己的 close 方法，所以这个报错是解释器给出的。当然啦，调用 f.close 也会触发 os.close，因为关闭文件最终还是要交给操作系统负责的。
但如果是直接关闭底层的文件描述符，文件对象是不知道的，再使用 f.read() 依旧会触发系统调用，也就是 os.read。而操作系统发现文件已经关闭了，所以会报错：文件描述符有问题，此时就是一个 OSError，报错信息是操作系统给出的。
import os
f = open(r"1.txt", "r")
# 文件是否关闭
print(f.closed) # False
os.close(f.fileno())
print(f.closed) # False
# 所以调用 os.close，文件对象 f 并不知道
# f.read 依旧会触发系统调用
如果是使用 f.close()。
f = open(r"1.txt", "r")
f.close()
print(f.closed) # True
后续执行 IO 操作，就不会再走系统调用了，而是直接抛出 ValueError，原因是文件对象知道文件已经关闭了。
除了 os.close 之外，还有一个 os.closerange，可以关闭多个文件描述符对应的文件。
import os
# 关闭文件描述符为 1、2、3、4 的文件
os.closerange(1, 5)
该方法不是很常用，了解一下即可。
以上就是使用 os 模块操作文件，它是直接使用操作系统提供的系统调用，所以效率上会比内置函数 open 要高一些。但是工作中还是不太建议使用 os 模块操作文件，使用内置函数 open 就好。
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