9.3. Файловая обработка

Основы работы с файлами

Файл — именованная область памяти на диске для хранения данных.

Режимы открытия файлов:

Режим	Описание
'r'	Чтение (по умолчанию). Файл должен существовать.
'w'	Запись. Файл перезаисывается или создаётся.
'a'	Дописывание в конец файла.
'r+'	Чтение и запись. Файл должен существовать.
'rb'	Чтение бинарного файла.
'wb'	Запись бинарного файла.

Открытие и закрытие файла:

# Способ 1: ручное открытие и закрытие
f = open("data.txt", "r")
content = f.read()
f.close()

# Способ 2: контекстный менеджер (рекомендуется)
with open("data.txt", "r") as f:
    content = f.read()

Текстовые файлы

Чтение текстового файла:

# Прочитать весь файл целиком
with open("data.txt", "r", encoding="utf-8") as f:
    text = f.read()
    print(text)

# Прочитать построчно
with open("data.txt", "r", encoding="utf-8") as f:
    for line in f:
        print(line.strip())  # strip() убирает \n

# Прочитать все строки в список
with open("data.txt", "r", encoding="utf-8") as f:
    lines = f.readlines()
    print(lines)

Запись в текстовый файл:

# Записать строку
with open("output.txt", "w", encoding="utf-8") as f:
    f.write("Привет, мир!\n")

# Записать несколько строк
lines = ["Первая строка\n", "Вторая строка\n", "Третья строка\n"]
with open("output.txt", "w", encoding="utf-8") as f:
    f.writelines(lines)

# Записать через print
with open("output.txt", "w", encoding="utf-8") as f:
    print("Значение:", 42, file=f)

Дописывание в файл:

# Добавить строки в конец файла
with open("log.txt", "a", encoding="utf-8") as f:
    f.write("Новая запись\n")

Бинарные файлы

Бинарные файлы хранят данные в формате, не предназначённом для чтения человеком (изображения, архивы, программные файлы).

Чтение и запись бинарных данных:

# Копирование бинарного файла
with open("image.jpg", "rb") as f_in:
    data = f_in.read()

with open("copy.jpg", "wb") as f_out:
    f_out.write(data)

# Запись числовых данных в бинарный файл
import struct

with open("numbers.bin", "wb") as f:
    for num in [10, 20, 30, 40, 50]:
        f.write(struct.pack('i', num))  # 'i' — целое число

Чтение бинарных чисел:

import struct

with open("numbers.bin", "rb") as f:
    while True:
        data = f.read(4)  # 4 байта на число
        if not data:
            break
        num = struct.unpack('i', data)[0]
        print(num)

Обработка CSV-файлов

CSV (Comma-Separated Values) — формат для хранения табличных данных.

Пример CSV-файла:

Имя;Возраст;Оценка
Анна;15;5
Борис;16;4
Вера;15;5

Чтение CSV без модуля:

with open("students.csv", "r", encoding="utf-8") as f:
    header = f.readline().strip().split(";")
    students = []
    for line in f:
        values = line.strip().split(";")
        student = dict(zip(header, values))
        students.append(student)

print(students)
# [{'Имя': 'Анна', 'Возраст': '15', 'Оценка': '5'}, ...]

Чтение CSV с модулем csv:

import csv

with open("students.csv", "r", encoding="utf-8") as f:
    reader = csv.DictReader(f, delimiter=';')
    for row in reader:
        print(f"{row['Имя']}: {row['Оценка']}")

Запись в CSV:

import csv

data = [
    {"Имя": "Глеб", "Возраст": 16, "Оценка": 5},
    {"Имя": "Дина", "Возраст": 15, "Оценка": 4}
]

with open("new_students.csv", "w", encoding="utf-8", newline='') as f:
    writer = csv.DictWriter(f, fieldnames=["Имя", "Возраст", "Оценка"],
                            delimiter=';', quoting=csv.QUOTE_MINIMAL)
    writer.writeheader()
    writer.writerows(data)

Практические задачи

Задача 1: Подсчёт слов в файле

def count_words(filename):
    """Подсчитывает количество каждого слова в файле."""
    with open(filename, "r", encoding="utf-8") as f:
        text = f.read().lower()
    # Убираем знаки препинания
    for char in ".,!?;:-()\"'":
        text = text.replace(char, "")
    words = text.split()
    count = {}
    for word in words:
        count[word] = count.get(word, 0) + 1
    return count

result = count_words("text.txt")
for word, n in sorted(result.items(), key=lambda x: -x[1])[:10]:
    print(f"{word}: {n}")

Задача 2: Фильтрация данных из файла

def filter_grades(input_file, output_file, min_grade):
    """Сохраняет учеников с оценкой >= min_grade."""
    with open(input_file, "r", encoding="utf-8") as f_in:
        header = f_in.readline()
        with open(output_file, "w", encoding="utf-8") as f_out:
            f_out.write(header)
            for line in f_in:
                parts = line.strip().split(";")
                if int(parts[2]) >= min_grade:
                    f_out.write(line)

filter_grades("students.csv", "excellent.csv", 5)

Задача 3: Слияние двух отсортированных файлов

def merge_files(file1, file2, output):
    """Сливает два отсортированных числовых файла."""
    with open(file1) as f1, open(file2) as f2:
        nums1 = sorted([int(x) for x in f1.read().split()])
        nums2 = sorted([int(x) for x in f2.read().split()])

    merged = sorted(nums1 + nums2)
    with open(output, "w") as f:
        f.write(" ".join(map(str, merged)))

Задача 4: Шифр Цезаря для файла

def caesar_cipher(text, shift):
    """Шифр Цезаря: сдвигает каждую букву на shift позиций."""
    result = ""
    for char in text:
        if 'а' <= char <= 'я':
            code = ord(char) - ord('а')
            new_code = (code + shift) % 32
            result += chr(ord('а') + new_code)
        elif 'А' <= char <= 'Я':
            code = ord(char) - ord('А')
            new_code = (code + shift) % 32
            result += chr(ord('А') + new_code)
        else:
            result += char
    return result

# Зашифровать файл
with open("plain.txt", "r", encoding="utf-8") as f:
    text = f.read()

with open("encrypted.txt", "w", encoding="utf-8") as f:
    f.write(caesar_cipher(text, 3))