Python使用os模块操作文件与目录的完整指南

好的，这是一个关于 Python os 模块操作文件与目录的完整指南。os 模块是 Python 标准库中用于与操作系统进行交互的核心模块，它提供了丰富的方法来操作文件系统。

我们将从基础概念开始，逐步深入到常用操作、最佳实践以及一些实用技巧。

1. 核心概念：路径

在操作文件和目录之前，必须理解路径的概念。

绝对路径：从文件系统的根目录开始的完整路径。
- Windows: C:\Users\YourName\Documents\file.txt
- Linux/macOS: /home/yourname/documents/file.txt
相对路径：相对于当前工作目录的路径。
- ./my_script.py：当前目录下的 my_script.py 文件。
- ../data/input.csv：上级目录中的 data 文件夹下的 input.csv 文件。
- subdir/file.txt：当前目录下 subdir 子文件夹中的 file.txt 文件。

重要提示：不同操作系统的路径分隔符不同（Windows 使用 \，Linux/macOS 使用 /）。为了避免代码在不同系统上出错，强烈建议使用 os.path.join() 函数来拼接路径，它会自动使用正确的分隔符。

import os

# 不好的做法（硬编码分隔符）
path_bad = "folder" + "/" + "subfolder" + "/" + "file.txt" # Linux/macOS
path_bad_win = "folder" + "\\" + "subfolder" + "\\" + "file.txt" # Windows, 注意转义

# 好的做法（跨平台）
path_good = os.path.join("folder", "subfolder", "file.txt")
print(path_good)
# 在 Linux/macOS 输出: folder/subfolder/file.txt
# 在 Windows 输出: folder\subfolder\file.txt

2. 获取和改变工作目录

os.getcwd(): 获取当前工作目录。
os.chdir(path): 改变当前工作目录。

import os

# 获取当前工作目录
current_dir = os.getcwd()
print(f"当前工作目录: {current_dir}")

# 改变工作目录
os.chdir('/tmp') # Linux/macOS 示例
# os.chdir(r'C:\Temp') # Windows 示例，使用 raw string 避免转义问题
new_dir = os.getcwd()
print(f"新的工作目录: {new_dir}")

3. 列出目录内容

os.listdir(path='.'): 返回指定路径下的所有文件和目录名的列表（不包含 . 和 ..）。
os.scandir(path='.'): (推荐) 返回一个迭代器，包含 DirEntry 对象。它比 listdir 更高效，尤其是在需要获取文件属性（如大小、修改时间）时，因为它在扫描时直接获取这些信息，避免了额外的系统调用。

import os

# 使用 listdir
print("使用 os.listdir():")
for entry in os.listdir('.'):
    print(entry)

print("\n使用 os.scandir() (更强大):")
# 使用 scandir
with os.scandir('.') as entries:
    for entry in entries:
        info = f"{entry.name}"
        if entry.is_file():
            info += " (文件)"
        elif entry.is_dir():
            info += " (目录)"
        # 可以直接获取 stat 信息，无需额外调用 os.stat()
        info += f", 大小: {entry.stat().st_size} bytes"
        print(info)

4. 创建和删除目录

os.mkdir(path, mode=0o777): 创建单个目录。如果父目录不存在，会抛出 FileNotFoundError。
os.makedirs(name, mode=0o777, exist_ok=False): 递归创建多层目录。相当于 Linux 命令 mkdir -p。
- exist_ok=True 时，如果目录已存在，不会报错。
os.rmdir(path): 删除空目录。如果目录非空，会抛出 OSError。
os.removedirs(name): 递归删除空目录。如果子目录被成功删除，removedirs() 会尝试依次删除父目录，直到遇到一个非空目录为止。

import os

# 创建目录
os.mkdir("new_folder") # 创建单个目录
os.makedirs("parent/child/grandchild", exist_ok=True) # 递归创建，且目录存在时不报错

# 删除目录
os.rmdir("new_folder") # 只能删除空目录
os.removedirs("parent/child/grandchild") # 递归删除空目录

5. 创建和删除文件

创建文件：通常使用内置的 open() 函数。
- open('file.txt', 'w').close(): 创建一个空文件（如果文件已存在则清空）。
os.remove(path) 或 os.unlink(path): 删除一个文件。如果路径是目录，则抛出 IsADirectoryError。

import os

# 创建一个新文件
with open("temp_file.txt", "w") as f:
    f.write("Hello, World!")
print("文件已创建。")

# 删除文件
os.remove("temp_file.txt")
print("文件已删除。")

6. 重命名和移动文件/目录

os.rename(src, dst): 重命名文件或目录。如果 dst 是一个已存在的目录或文件，在某些系统上可能会失败。
os.replace(src, dst): 替换文件或目录。如果 dst 存在，它会被静默替换，这在跨平台时比 rename 更安全。

import os

# 创建源文件
with open("old_name.txt", "w") as f:
    f.write("待重命名的文件")

# 重命名/移动文件
os.rename("old_name.txt", "new_name.txt")
# 或者更安全的方式
# os.replace("old_name.txt", "new_name.txt")

print("文件已重命名。")

# 清理
os.remove("new_name.txt")

7. 检查路径状态和信息

os.path.exists(path): 判断路径是否存在。
os.path.isfile(path): 判断路径是否是文件。
os.path.isdir(path): 判断路径是否是目录。
os.path.islink(path): 判断路径是否是符号链接（symbolic link）。
os.path.getsize(path): 返回文件的大小（字节）。
os.path.getmtime(path): 返回文件的最后修改时间戳。
os.path.abspath(path): 返回路径的绝对路径。
os.path.basename(path): 返回路径的最后一部分（文件名或最后的目录名）。
os.path.dirname(path): 返回路径的目录部分。
os.path.split(path): 将路径分割为 (目录, 文件名) 的元组。
os.path.splitext(path): 将路径分割为 (文件名, 扩展名) 的元组。

import os
import time

file_path = "example.txt"

# 先确保文件存在
with open(file_path, "w") as f:
    f.write("Test content.")

# 检查状态
print(f"路径 '{file_path}' 存在吗？ {os.path.exists(file_path)}")
print(f"它是一个文件吗？ {os.path.isfile(file_path)}")
print(f"它是一个目录吗？ {os.path.isdir(file_path)}")
print(f"文件大小: {os.path.getsize(file_path)} bytes")
print(f"最后修改时间: {time.ctime(os.path.getmtime(file_path))}")

# 路径操作
abs_path = os.path.abspath(file_path)
print(f"绝对路径: {abs_path}")

base_name = os.path.basename(abs_path)
dir_name = os.path.dirname(abs_path)
print(f"文件名: {base_name}, 所在目录: {dir_name}")

split_path = os.path.split(abs_path)
split_ext = os.path.splitext(base_name)
print(f"分割路径: {split_path}")
print(f"分割扩展名: {split_ext}")

# 清理
os.remove(file_path)

8. 遍历目录树：`os.walk()`

os.walk() 是一个强大的生成器，用于自上而下或自下而上遍历目录树。对于需要处理目录及其所有子目录中的文件的情况，它是完美的工具。

import os

# 打印当前目录及其所有子目录下的所有 .py 文件
for root, dirs, files in os.walk('.'):
    for file in files:
        if file.endswith('.py'):
            # root 是当前遍历到的目录路径
            # file 是该目录下的文件名
            full_path = os.path.join(root, file)
            print(full_path)

os.walk() 返回的每一项是 (root, dirs, files)：

root：当前正在遍历的目录路径。
dirs：一个包含 root 中所有子目录名称的列表。
files：一个包含 root 中所有文件名称的列表。

9. 现代替代方案：`pathlib` 模块

虽然 os 模块功能强大，但从 Python 3.4 开始引入的 pathlib 模块提供了更现代、面向对象的方式来操作路径。它让路径操作变得更直观、更易读。

示例对比：

任务	使用 `os.path`	使用 `pathlib.Path`
拼接路径	`os.path.join("a", "b", "c")`	`Path("a") / "b" / "c"`
获取文件名	`os.path.basename("/a/b/c.txt")`	`Path("/a/b/c.txt").name`
获取目录名	`os.path.dirname("/a/b/c.txt")`	`Path("/a/b/c.txt").parent`
检查是否存在	`os.path.exists("file.txt")`	`Path("file.txt").exists()`
读取文件	`with open(...)`	`Path("file.txt").read_text()`

简单示例：

from pathlib import Path

# 创建 Path 对象
p = Path("my_folder") / "sub_folder" / "data.txt"

# 创建目录
p.parent.mkdir(parents=True, exist_ok=True)

# 写入文件
p.write_text("Hello from pathlib!")

# 读取文件
content = p.read_text()
print(content)

# 遍历所有 .txt 文件
for txt_file in Path(".").glob("**/*.txt"):
    print(txt_file)

# 清理
p.unlink() # 删除文件
p.parent.rmdir() # 删除空目录 (需要先确保 parent 为空)

建议：对于新项目，优先考虑使用 pathlib，因为它代码更简洁、可读性更高，并且能更好地处理不同操作系统的路径差异。但在维护旧代码或与不熟悉 pathlib 的团队协作时，os.path 仍然是可靠的选择。

最佳实践与安全提示

**始终使用 os.path.join() 或 pathlib**：避免硬编码路径分隔符。
谨慎使用递归删除：shutil.rmtree() 可以删除非空目录，但极其危险。在使用前务必进行二次确认。
处理异常：文件操作经常因权限不足、路径不存在等原因失败。使用 try...except 块来处理 OSError, FileNotFoundError, PermissionError 等异常。
使用 with 语句：操作文件时，始终使用 with open(...) as f: 语句，它能确保文件被正确关闭，即使在发生错误时也是如此。
注意跨平台兼容性：在 Windows 上路径不区分大小写，而在 Linux/macOS 上区分。编写跨平台脚本时要特别注意这一点。
**优先使用 scandir 和 pathlib**：它们在性能和易用性上通常优于旧的 listdir 和 os.path 函数。