Робота з файлами

Робота з файлами — це одна з найважливіших навичок у програмуванні. Файли дозволяють нам:

• Зберігати дані між запусками програми
• Обмінюватися інформацією з іншими програмами
• Обробляти великі обсяги даних, які не помістяться в пам'яті
• Створювати логи для відстеження роботи програми
• Читати конфігурації та налаштування

Базові концепції

Що таке файл? Файл — це іменована область на диску, яка містить дані. Файли можуть містити текст, числа, зображення, відео тощо.

Шляхи до файлів:

• Абсолютний шлях: повний шлях від кореневої директорії (/Users/user/documents/file.txt або C:\Users\user\documents\file.txt)
• Відносний шлях: шлях відносно поточної директорії (./data/file.txt або просто file.txt)

Режими відкриття файлів:

• 'r' — читання (read) — файл повинен існувати
• 'w' — запис (write) — створює новий файл або перезаписує існуючий
• 'a' — додавання (append) — додає до кінця файлу
• 'r+' — читання та запис
• 'b' — бінарний режим (додається до інших режимів: 'rb', 'wb')
• 't' — текстовий режим (за замовчуванням)

Важливо знати:

• Завжди закривайте файли після роботи з ними
• Використовуйте with для автоматичного закриття файлів
• Обробляйте виключення при роботі з файлами
• Кодування за замовчуванням — UTF-8 (для текстових файлів)

Відкрити файл для читання

Простий приклад

with open("example.txt", "r") as file:
    content = file.read()
    print(content)
# Вміст файлу

Відкрити файл для запису

with open("example.txt", "w") as file:
    file.write("Привіт, світ!")
# Файл example.txt містить:
# Привіт, світ!

Додати інформацію у файл

with open("example.txt", "a") as file:
    file.write("\nНовий рядок додано")
# Файл example.txt містить:
# Привіт, світ!
# Новий рядок додано

Прочитати весь файл

with open("example.txt", "r") as file:
    content = file.read()
    print(content)
# Привіт, світ!
# Новий рядок додано

Прочитати файл построково

with open("example.txt", "r") as file:
    for line in file:
        print(line.strip())
# Привіт, світ!
# Новий рядок додано

Запис у файл (write, writelines)

lines = ["Рядок 1\n", "Рядок 2\n", "Рядок 3\n"]
with open("output.txt", "w") as file:
    file.writelines(lines)
# Файл output.txt містить:
# Рядок 1
# Рядок 2
# Рядок 3

Закриття файлу

Усі операції з файлами, відкритими через with open, автоматично закривають файл після завершення блоку with. Якщо файл відкритий без використання with, його необхідно закривати вручну:

file = open("example.txt", "r")
content = file.read()
file.close()

Обробка виключень при роботі з файлами

try:
    with open("non_existent_file.txt", "r") as file:
        content = file.read()
except FileNotFoundError:
    print("Файл не знайдено!")
# Файл не знайдено!

Читання файлу різними способами

Метод read() — читання всього файлу

with open("data.txt", "r") as file:
    content = file.read()  # Читає весь файл як один рядок
    print(content)

Метод read(n) — читання n символів

with open("data.txt", "r") as file:
    first_10_chars = file.read(10)  # Читає перші 10 символів
    next_5_chars = file.read(5)     # Читає наступні 5 символів
    print(first_10_chars)
    print(next_5_chars)

Метод readline() — читання одного рядка

with open("data.txt", "r") as file:
    line1 = file.readline()  # Читає перший рядок
    line2 = file.readline()  # Читає другий рядок
    print(line1.strip())
    print(line2.strip())

Метод readlines() — читання всіх рядків у список

with open("data.txt", "r") as file:
    lines = file.readlines()  # Повертає список всіх рядків
    print(lines)
# ['Рядок 1\n', 'Рядок 2\n', 'Рядок 3\n']

Ітерація по файлу (найефективніший спосіб)

with open("large_file.txt", "r") as file:
    for line in file:  # Читає по одному рядку (економить пам'ять)
        print(line.strip())

Запис у файл різними способами

Метод write() — запис рядка

with open("output.txt", "w") as file:
    file.write("Привіт, світ!\n")
    file.write("Це другий рядок\n")
# Файл містить:
# Привіт, світ!
# Це другий рядок

Метод writelines() — запис списку рядків

lines = ["Перший рядок\n", "Другий рядок\n", "Третій рядок\n"]
with open("output.txt", "w") as file:
    file.writelines(lines)

Запис з форматуванням

name = "Іван"
age = 25
score = 95.5

with open("results.txt", "w") as file:
    file.write(f"Ім'я: {name}\n")
    file.write(f"Вік: {age}\n")
    file.write(f"Оцінка: {score}\n")
# Файл містить:
# Ім'я: Іван
# Вік: 25
# Оцінка: 95.5

Режими відкриття файлів (детально)

Режим 'r+' — читання та запис

with open("data.txt", "r+") as file:
    content = file.read()      # Спочатку читаємо
    file.write("\nНовий текст") # Потім пишемо в кінець

Режим 'w+' — запис та читання (перезапис файлу)

with open("data.txt", "w+") as file:
    file.write("Новий вміст\n")
    file.seek(0)  # Повертаємося на початок файлу
    content = file.read()
    print(content)
# Новий вміст

Режим 'a+' — додавання та читання

with open("log.txt", "a+") as file:
    file.write("Новий запис в лог\n")
    file.seek(0)  # Повертаємося на початок
    all_logs = file.read()
    print(all_logs)

Робота з позицією в файлі

Метод seek() — переміщення позиції курсора

with open("data.txt", "r") as file:
    file.seek(10)  # Переміститися на 10-й байт
    content = file.read()
    print(content)

Метод tell() — визначення поточної позиції

with open("data.txt", "r") as file:
    print(file.tell())  # 0 (початок файлу)
    file.read(10)
    print(file.tell())  # 10 (після читання 10 байт)

Переміщення відносно кінця файлу

with open("data.txt", "rb") as file:  # Бінарний режим для seek з кінця
    file.seek(-10, 2)  # -10 байт від кінця файлу
    content = file.read()
    print(content)

Робота з бінарними файлами

Читання бінарного файлу

with open("image.jpg", "rb") as file:
    binary_data = file.read()
    print(f"Розмір файлу: {len(binary_data)} байт")

Запис бінарного файлу

data = b'\x00\x01\x02\x03\x04'
with open("binary_file.bin", "wb") as file:
    file.write(data)

Копіювання бінарного файлу

with open("source.jpg", "rb") as source:
    with open("copy.jpg", "wb") as destination:
        destination.write(source.read())
print("Файл успішно скопійовано!")

Робота з кодуванням

Вказівка кодування при відкритті файлу

# Читання файлу з кодуванням UTF-8
with open("ukrainian_text.txt", "r", encoding="utf-8") as file:
    content = file.read()
    print(content)

Робота з різними кодуваннями

# Запис з кодуванням UTF-8
with open("output.txt", "w", encoding="utf-8") as file:
    file.write("Привіт! Це текст українською мовою.")

# Читання з кодуванням Windows-1251
with open("old_file.txt", "r", encoding="windows-1251") as file:
    content = file.read()
    print(content)

Перевірка існування файлу

Використання os.path

import os

if os.path.exists("data.txt"):
    print("Файл існує")
else:
    print("Файл не існує")

Використання pathlib (сучасний підхід)

from pathlib import Path

file = Path("data.txt")
if file.exists():
    print("Файл існує")
    print(f"Розмір: {file.stat().st_size} байт")
else:
    print("Файл не існує")

Перевірка перед відкриттям

import os

filename = "important_data.txt"
if os.path.exists(filename):
    with open(filename, "r") as file:
        content = file.read()
        print(content)
else:
    print(f"Файл {filename} не знайдено!")

Робота з директоріями

Створення директорії

import os

# Створити одну директорію
if not os.path.exists("data"):
    os.mkdir("data")

# Створити вкладені директорії
os.makedirs("data/subfolder/nested", exist_ok=True)

Отримання списку файлів у директорії

import os

files = os.listdir(".")  # Поточна директорія
print("Файли та папки:")
for item in files:
    print(item)

Перебір файлів з фільтрацією

import os

# Знайти всі .txt файли
for filename in os.listdir("."):
    if filename.endswith(".txt"):
        print(f"Знайдено текстовий файл: {filename}")

Практичні приклади

Приклад 1: Лог-файл

from datetime import datetime

def write_log(message):
    with open("app.log", "a") as log_file:
        timestamp = datetime.now().strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S")
        log_file.write(f"[{timestamp}] {message}\n")

# Використання
write_log("Програма запущена")
write_log("Користувач увійшов в систему")
write_log("Операція завершена успішно")

Приклад 2: Обробка CSV-подібних даних

# Запис даних студентів
students = [
    ["Іван", "Петренко", 20, 95],
    ["Марія", "Коваленко", 19, 88],
    ["Олег", "Сидоренко", 21, 92]
]

with open("students.csv", "w") as file:
    file.write("Ім'я,Прізвище,Вік,Оцінка\n")
    for student in students:
        line = ",".join(map(str, student))
        file.write(line + "\n")

# Читання даних студентів
with open("students.csv", "r") as file:
    header = file.readline().strip()
    print(f"Заголовок: {header}")

    for line in file:
        data = line.strip().split(",")
        print(f"Студент: {data[0]} {data[1]}, Вік: {data[2]}, Оцінка: {data[3]}")

Приклад 3: Підрахунок статистики тексту

def analyze_text_file(filename):
    try:
        with open(filename, "r", encoding="utf-8") as file:
            content = file.read()

            # Підрахунок статистики
            lines = content.split("\n")
            words = content.split()
            chars = len(content)

            print(f"Статистика файлу '{filename}':")
            print(f"  Рядків: {len(lines)}")
            print(f"  Слів: {len(words)}")
            print(f"  Символів: {chars}")

    except FileNotFoundError:
        print(f"Файл '{filename}' не знайдено!")

# Використання
analyze_text_file("essay.txt")

Приклад 4: Фільтрація та обробка даних

# Читання числових даних та фільтрація
def filter_numbers(input_file, output_file, threshold):
    with open(input_file, "r") as infile:
        numbers = []
        for line in infile:
            try:
                num = float(line.strip())
                if num > threshold:
                    numbers.append(num)
            except ValueError:
                continue

    with open(output_file, "w") as outfile:
        for num in numbers:
            outfile.write(f"{num}\n")

    print(f"Відфільтровано {len(numbers)} чисел більших за {threshold}")

# Використання
filter_numbers("data.txt", "filtered.txt", 50)

Приклад 5: Резервне копіювання файлу

import shutil
from datetime import datetime

def backup_file(filename):
    try:
        timestamp = datetime.now().strftime("%Y%m%d_%H%M%S")
        backup_name = f"{filename}.backup_{timestamp}"

        shutil.copy2(filename, backup_name)
        print(f"Створено резервну копію: {backup_name}")

    except FileNotFoundError:
        print(f"Файл '{filename}' не знайдено!")
    except Exception as e:
        print(f"Помилка при створенні копії: {e}")

# Використання
backup_file("important_data.txt")

Приклад 6: Пошук тексту у файлі

def search_in_file(filename, search_term):
    try:
        with open(filename, "r", encoding="utf-8") as file:
            line_number = 0
            found_count = 0

            for line in file:
                line_number += 1
                if search_term.lower() in line.lower():
                    print(f"Рядок {line_number}: {line.strip()}")
                    found_count += 1

            if found_count == 0:
                print(f"Текст '{search_term}' не знайдено")
            else:
                print(f"\nЗнайдено {found_count} збігів")

    except FileNotFoundError:
        print(f"Файл '{filename}' не знайдено!")

# Використання
search_in_file("document.txt", "Python")

Приклад 7: Об'єднання декількох файлів

def merge_files(input_files, output_file):
    with open(output_file, "w") as outfile:
        for filename in input_files:
            try:
                with open(filename, "r") as infile:
                    outfile.write(f"\n--- Вміст з {filename} ---\n")
                    outfile.write(infile.read())
                    outfile.write("\n")
                print(f"Додано вміст з '{filename}'")
            except FileNotFoundError:
                print(f"Файл '{filename}' не знайдено, пропускаємо...")

    print(f"\nВсі файли об'єднано в '{output_file}'")

# Використання
files_to_merge = ["part1.txt", "part2.txt", "part3.txt"]
merge_files(files_to_merge, "complete.txt")

Робота з JSON файлами

Запис у JSON файл

import json

# Дані для збереження
data = {
    "name": "Іван Петренко",
    "age": 25,
    "city": "Київ",
    "hobbies": ["читання", "спорт", "програмування"]
}

# Запис у JSON файл
with open("user_data.json", "w", encoding="utf-8") as file:
    json.dump(data, file, ensure_ascii=False, indent=4)

print("Дані збережено у JSON форматі")

Читання з JSON файлу

import json

# Читання з JSON файлу
with open("user_data.json", "r", encoding="utf-8") as file:
    data = json.load(file)

print(f"Ім'я: {data['name']}")
print(f"Вік: {data['age']}")
print(f"Місто: {data['city']}")
print(f"Хобі: {', '.join(data['hobbies'])}")

Робота зі списком об'єктів у JSON

import json

# Список студентів
students = [
    {"name": "Іван", "grade": 95},
    {"name": "Марія", "grade": 88},
    {"name": "Олег", "grade": 92}
]

# Збереження
with open("students.json", "w", encoding="utf-8") as file:
    json.dump(students, file, ensure_ascii=False, indent=2)

# Читання та обробка
with open("students.json", "r", encoding="utf-8") as file:
    students = json.load(file)

    for student in students:
        print(f"{student['name']}: {student['grade']} балів")

Контекстний менеджер with

Чому важливо використовувати with

# Небезпечно (файл може не закритися при помилці):
file = open("data.txt", "r")
content = file.read()
file.close()  # Може не виконатися при помилці

# Безпечно (файл завжди закриється):
with open("data.txt", "r") as file:
    content = file.read()
# Файл автоматично закритий тут

Робота з декількома файлами одночасно

# Копіювання вмісту з одного файлу в інший
with open("source.txt", "r") as source, open("destination.txt", "w") as dest:
    for line in source:
        dest.write(line)

print("Файл скопійовано!")

Вкладені контекстні менеджери

# Читання з одного файлу та запис в інший з перетворенням
with open("input.txt", "r") as infile:
    with open("output.txt", "w") as outfile:
        for line in infile:
            outfile.write(line.upper())

Розширена обробка помилок

Обробка різних типів помилок

def safe_file_operation(filename):
    try:
        with open(filename, "r") as file:
            content = file.read()
            return content
    except FileNotFoundError:
        print(f"Помилка: Файл '{filename}' не існує")
    except PermissionError:
        print(f"Помилка: Немає прав доступу до файлу '{filename}'")
    except IOError as e:
        print(f"Помилка вводу-виводу: {e}")
    except Exception as e:
        print(f"Несподівана помилка: {e}")

    return None

# Використання
content = safe_file_operation("important.txt")
if content:
    print(content)

Обробка з блоком else та finally

def process_file(filename):
    file = None
    try:
        file = open(filename, "r")
        data = file.read()
        print(f"Файл прочитано: {len(data)} символів")
    except FileNotFoundError:
        print("Файл не знайдено")
    except Exception as e:
        print(f"Помилка: {e}")
    else:
        print("Операція успішна!")
    finally:
        if file:
            file.close()
            print("Файл закрито")

process_file("data.txt")

Корисні поради та найкращі практики

1. Завжди вказуйте кодування

# Добре
with open("file.txt", "r", encoding="utf-8") as file:
    content = file.read()

2. Використовуйте pathlib для роботи зі шляхами

from pathlib import Path

file_path = Path("data") / "subfolder" / "file.txt"
if file_path.exists():
    content = file_path.read_text(encoding="utf-8")

3. Обробляйте великі файли порціями

# Для великих файлів читайте по рядках
with open("huge_file.txt", "r") as file:
    for line in file:  # Ефективне використання пам'яті
        process_line(line)

def process_line(line):
    # Обробка одного рядка
    print(line.strip())

4. Використовуйте try-except для безпечних операцій

try:
    with open("config.txt", "r") as file:
        config = file.read()
except FileNotFoundError:
    # Створити файл з налаштуваннями за замовчуванням
    with open("config.txt", "w") as file:
        file.write("default_setting=true")

5. Не забувайте про відносні шляхи

import os

# Отримати поточну директорію
current_dir = os.getcwd()
print(f"Поточна директорія: {current_dir}")

# Побудувати шлях відносно поточної директорії
file_path = os.path.join(current_dir, "data", "file.txt")