Python OS 文件/目录方法（超详细）

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在 Python 开发中，文件和目录操作是许多项目的基础功能之一。无论是数据处理、日志管理还是自动化任务，都离不开对操作系统底层文件系统的灵活控制。本文将系统性地介绍 Python 中 os 模块的核心功能，通过循序渐进的案例演示，帮助开发者掌握文件与目录的创建、删除、遍历等实用技能。文章内容兼顾基础与进阶知识点，特别适合编程初学者构建知识框架，同时也能为中级开发者提供更深入的理解视角。

一、OS 模块的入门认知：操作系统接口的桥梁

Python 的 os 模块是连接 Python 脚本与操作系统功能的桥梁，它提供了对文件系统、进程管理、环境变量等底层操作的封装。我们可以将 os 模块想象成一位“系统导航员”，它能帮助开发者在不同操作系统（如 Windows、Linux、macOS）间实现跨平台的文件操作。

1.1 模块的导入与基础概念

要使用 os 模块，只需通过以下语句导入：

import os

该模块包含两大核心功能类别：

• 文件/目录操作：如创建、删除、重命名等
• 环境变量与进程控制：如获取当前工作目录、修改环境变量等

1.2 第一个案例：查看当前工作目录

通过 os.getcwd() 方法可以获取当前脚本的执行路径，类似我们双击文件时所在的文件夹位置：

current_path = os.getcwd()
print("当前工作目录:", current_path)

这个方法常用于验证脚本的执行环境，避免因路径错误导致的文件读写失败。

二、目录操作：文件系统的“建造师”

目录操作是文件管理的基础，os 模块提供了对目录的创建、删除、遍历等核心功能。

2.1 创建目录：os.mkdir()

os.mkdir("新建文件夹")

此方法会直接在当前路径下创建一个名为“新建文件夹”的目录。需要注意的是，若父目录不存在，则会抛出异常。

比喻说明：这就像在你的电脑桌面上新建一个文件夹，但无法一次性创建多级嵌套文件夹。

2.2 创建多级目录：os.makedirs()

os.makedirs("a/b/c")

此方法可以递归创建多级目录，相当于在桌面上直接创建 a → b → c 这样的三层文件夹结构。

2.3 删除目录：os.rmdir()

os.rmdir("新建文件夹")

此方法仅能删除空目录，若目录非空则会报错。若需强制删除非空目录，需结合 shutil 模块的 rmtree() 方法。

2.4 列出目录内容：os.listdir()

files = os.listdir(".")
for file in files:
    print(file)

此方法会返回当前目录（. 表示当前路径）下的所有文件和子目录名称列表。

三、文件操作：数据的“读写者”

文件操作包括创建、读写、删除等核心功能，是处理数据存储的核心手段。

3.1 创建文件：open() 与 with 语句

with open("test.txt", "w") as f:
    f.write("Hello, OS Module!")

通过 open() 函数并指定 "w" 模式（写入模式），可以创建新文件或覆盖已有文件内容。使用 with 语句能确保文件正确关闭，避免资源泄漏。

3.2 读取文件内容：os.path 模块配合

file_path = "test.txt"
if os.path.exists(file_path):  # 先验证文件是否存在
    with open(file_path, "r") as f:
        content = f.read()
        print("文件内容:", content)
else:
    print("文件不存在！")

此案例结合了 os.path.exists() 方法，确保在读取前验证文件存在性，避免程序崩溃。

3.3 删除文件：os.remove()

os.remove("test.txt")

此方法用于删除指定路径的文件，若文件不存在或权限不足会导致错误。

四、路径处理：系统导航的“指南针”

路径操作是文件管理的基础，os.path 子模块提供了丰富的路径处理工具。

4.1 拼接路径：os.path.join()

file_path = os.path.join("目录", "子目录", "文件.txt")
print(file_path)  # 输出：目录\子目录\文件.txt（Windows）或目录/子目录/文件.txt（Linux）

此方法能自动适配不同操作系统的路径分隔符，避免手动拼接导致的兼容性问题。

4.2 分割路径：os.path.split()

full_path = "/home/user/file.txt"
dir_name, base_name = os.path.split(full_path)
print("目录部分:", dir_name)  # 输出：/home/user
print("文件名:", base_name)  # 输出：file.txt

此方法可将完整路径拆分为目录和文件名两部分，便于结构化处理。

4.3 获取扩展名：os.path.splitext()

file_name = "report.xlsx"
name, ext = os.path.splitext(file_name)
print("文件名:", name)    # 输出：report
print("扩展名:", ext)     # 输出：.xlsx

此功能常用于文件类型过滤或重命名操作。

五、高级技巧：环境变量与权限管理

5.1 环境变量操作

通过 os.environ 可以访问或修改系统环境变量：

print("用户主目录:", os.environ.get("HOME"))  

os.environ["MY_VAR"] = "test_value"

此功能在自动化脚本中可用于动态配置运行环境。

5.2 文件属性查询

file_info = os.stat("test.txt")
print("文件大小:", file_info.st_size, "字节")
print("最后修改时间:", file_info.st_mtime)

os.stat() 返回包含文件详细属性的元组，包括大小、权限、时间戳等信息。

5.3 权限修改：os.chmod()

os.chmod("script.sh", 0o755)

此方法通过权限模式设置文件访问权限，需注意不同操作系统的权限表示方式差异。

六、实战案例：文件备份工具

6.1 需求分析

假设需要编写一个简单脚本，将指定目录下的所有 .txt 文件备份到新创建的 backup 目录中。

6.2 实现步骤

1. 验证目标目录是否存在，若不存在则创建
2. 遍历目录中的所有文件
3. 过滤出 .txt 文件
4. 将文件内容复制到备份目录

6.3 代码实现

import os
import shutil

def backup_files(source_dir, backup_dir):
    # 创建备份目录（不存在则创建）
    if not os.path.exists(backup_dir):
        os.makedirs(backup_dir)
    
    # 遍历源目录文件
    for filename in os.listdir(source_dir):
        # 过滤.txt文件
        if filename.endswith(".txt"):
            src_path = os.path.join(source_dir, filename)
            dst_path = os.path.join(backup_dir, filename)
            
            # 复制文件
            shutil.copy2(src_path, dst_path)
            print(f"已备份: {filename}")

backup_files("源目录", "备份目录")

此案例综合运用了目录操作、文件筛选和路径处理技术，展示了 os 模块在实际项目中的应用价值。

七、常见问题与注意事项

7.1 路径问题

• 相对路径 vs 绝对路径：相对路径基于当前工作目录，容易因执行环境变化出错，建议优先使用绝对路径或结合 os.path.abspath() 转换。
• 跨平台兼容性：避免手动拼接路径，使用 os.path.join() 确保不同操作系统下的兼容性。

7.2 异常处理

• 文件操作应始终包裹在 try-except 块中，例如：

try:
    os.remove("不存在的文件.txt")
except FileNotFoundError:
    print("文件不存在，跳过删除")

• 对于高风险操作（如删除目录），建议添加二次确认或日志记录。

7.3 性能优化

• 大批量文件操作时，优先使用 os.walk() 遍历目录树：

for root, dirs, files in os.walk("目录路径"):
    for file in files:
        # 处理每个文件
        pass

此方法能高效遍历多级子目录，避免递归实现的复杂性。

结论

本文系统梳理了 Python os 模块在文件与目录操作中的核心功能，从基础语法到实战案例，逐步构建了开发者对系统级操作的理解。通过掌握 os 模块的路径处理、权限管理及高级技巧，开发者可以更高效地实现自动化任务、日志管理等应用场景。对于希望深入系统级编程的开发者，建议进一步探索 shutil 模块（文件高级操作）和 pathlib 模块（面向对象路径处理）。掌握这些工具，将为构建更复杂的应用程序奠定坚实的基础。

（字数统计：约 2200 字）