Python笔记-IO同步和异步、读写文件、StringIO和BytesIO

古城微笑少年丶 2022-06-17 03:18 483阅读 0赞

## IO：Input/Output ##

由于CPU和内存的速度远远高于外设的速度，所以，在IO编程中，就存在速度严重不匹配的问题。举个例子来说，比如要把100M的数据写入磁盘，CPU输出100M的数据只需要0.01秒，可是磁盘要接收这100M数据可能需要10秒，怎么办呢？有两种办法：

第一种是CPU等着，也就是程序暂停执行后续代码，等100M的数据在10秒后写入磁盘，再接着往下执行，这种模式称为**同步IO**；

另一种方法是CPU不等待，只是告诉磁盘，“您老慢慢写，不着急，我接着干别的事去了”，于是，后续代码可以立刻接着执行，这种模式称为**异步IO**。

**同步和异步的区别就在于是否等待IO执行的结果。**

好比你去麦当劳点餐，你说“来个汉堡”，服务员告诉你，对不起，汉堡要现做，需要等5分钟，于是你站在收银台前面等了5分钟，拿到汉堡再去逛商场，这是同步IO。

你说“来个汉堡”，服务员告诉你，汉堡需要等5分钟，你可以先去逛商场，等做好了，我们再通知你，这样你可以立刻去干别的事情（逛商场），这是异步IO。

很明显，**使用异步IO来编写程序性能会远远高于同步IO，但是异步IO的缺点是编程模型复杂。**

想想看，你得知道什么时候通知你“汉堡做好了”，而通知你的方法也各不相同。如果是服务员跑过来找到你，这是回调模式，如果服务员发短信通知你，你就得不停地检查手机，这是轮询模式。总之，异步IO的复杂度远远高于同步IO。

## 读文件 ##

1、读写一个文件之前需要打开它：

fileobj = open(filename, mode)

mode ：文件类型和操作的字符串。  
**mode 的第一个字母表明对其的操作：**

> • r 表示读模式。  
> • w 表示写模式。如果文件不存在则新创建，如果存在则重写新内容。  
> • x 表示在文件不存在的情况下新创建并写文件。  
> • a 表示如果文件存在，在文件末尾追加写内容。

**mode 的第二个字母是文件类型：**

> • t（或者省略）代表文本类型；  
> • b 代表二进制文件

f = open('/Users/michael/test.txt', 'r')
    
    #要读取二进制文件，比如图片、视频等等，用'rb'模式打开文件即可：
    f = open('/Users/michael/test.jpg', 'rb')
    
    #读取非UTF-8编码的文本文件，要给open()函数传入encoding参数，例如，读取GBK编码的文件：
    f = open('/Users/michael/gbk.txt', 'r', encoding='gbk')

2、如果文件打开成功，调用read()方法可以一次读取文件的全部内容，Python把内容读到内存，用一个**str对象**表示：

>>> f.read()
    'Hello, world!'

3、调用close()方法关闭文件。**文件使用完毕后必须关闭**，因为文件对象会占用操作系统的资源，并且操作系统同一时间能打开的文件数量也是有限的：

>>> f.close()

4、由于文件读写时都有可能产生IOError，一旦出错，后面的f.close()就不会调用。所以，**为了保证无论是否出错都能正确地关闭文件，我们可以使用try … finally来实现**：

try:
        #读取文本文件，并且是UTF-8编码的文本文件
        f = open('/path/to/file', 'r') 
        print(f.read())
    finally:
        if f:
            f.close()

但是每次都这么写实在太繁琐，所以，Python引入了with语句来自动帮我们调用close()方法：

with open('/path/to/file', 'r') as f:
        print(f.read())

两者等同，这种更保险，更简洁。

## 写文件 ##

调用open()函数时，传入标识符’w’或者’wb’表示写文本文件或写二进制文件：

f = open('/Users/michael/test.txt', 'w')
    f.write('Hello, world!')
    f.close()

可以反复调用write()来写入文件，但是**务必要调用f.close()来关闭文件**。当我们写文件时，操作系统往往不会立刻把数据写入磁盘，而是放到内存缓存起来，空闲的时候再慢慢写入。只有调用close()方法时，操作系统才保证把没有写入的数据全部写入磁盘。忘记调用close()的后果是数据可能只写了一部分到磁盘，剩下的丢失了。所以，还是**用with语句来得保险**：

with open('/Users/michael/test.txt', 'w') as f:
        f.write('Hello, world!')

要写入特定编码的文本文件，请给open()函数传入encoding参数，将字符串自动转换成指定编码。

注：**使用with语句操作文件IO是个好习惯。**

## StringIO和BytesIO ##

是在内存中操作str和bytes的方法，使得和读写文件具有一致的接口。

StringIO：在内存中读写str，操作的只能是str。  
如果要操作二进制数据，就需要使用BytesIO。

1、要把str写入StringIO或者二进制数据写入BytesIO，我们需要先创建一个StringIO或者BytesIO，然后像文件一样写入即可：

from io import StringIO
    f=StringIO()
    f.write('hello')
    f.write(' ')
    f.write('world!')
    #getvalue()方法用于获得写入后的str。
    print(f.getvalue())

结果：hello world!

from io import BytesIO
    f=BytesIO()
    f.write('中文'.encode('utf-8'))
    #请注意，写入的不是str，而是经过UTF-8编码的bytes。
    print(f.getvalue())

结果：b’\\xe4\\xb8\\xad\\xe6\\x96\\x87’

2、读取StringIO或者BytesIO,可以用一个str初始化StringIO或者用一个bytes初始化BytesIO，然后像读文件一样读取：

from io import StringIO
    f=StringIO('Hello!\nHi!\nGoodbye!')
    while True:
        s=f.readline()
        if s== '':
            break
        print(s.strip()) # 把末尾的'\n'删掉

结果：  
Hello!  
Hi!  
Goodbye!

from io import BytesIO
    f=BytesIO(b'\xe4\xb8\xad\xe6\x96\x87')
    f.read()
    print(f.getvalue())

结果：b’\\xe4\\xb8\\xad\\xe6\\x96\\x87’