代码收藏家技术教程 3天前

Python中os库功能全面解析与介绍

一、`os` 库概述

功能：提供与操作系统交互的接口，包括文件管理、环境变量、进程控制、路径操作等。

跨平台特性：大部分函数支持 Windows、Linux、macOS，但部分功能存在系统差异。

核心模块：

os：基础操作系统接口

os.path：路径处理工具

导入方式：

import os

二、常用功能分类详解

1. 路径操作（`os.path` 模块）

函数	描述	示例	输出示例
`os.path.abspath(path)`	返回绝对路径	`os.path.abspath("test.txt")`	`/home/user/test.txt`
`os.path.dirname(path)`	返回路径的目录部分	`os.path.dirname("/a/b/c.txt")`	`/a/b`
`os.path.basename(path)`	返回路径的文件名部分	`os.path.basename("/a/b/c.txt")`	`c.txt`
`os.path.join(path1, path2)`	智能拼接路径（跨平台安全）	`os.path.join("dir", "file.txt")`	`dir/file.txt`
`os.path.exists(path)`	检查路径是否存在	`os.path.exists("test.txt")`	`True`/`False`
`os.path.isfile(path)`	检查是否为文件	`os.path.isfile("test.txt")`	`True`
`os.path.isdir(path)`	检查是否为目录	`os.path.isdir("docs")`	`True`
`os.path.getsize(path)`	获取文件大小（字节）	`os.path.getsize("test.txt")`	`1024`
`os.path.splitext(path)`	分割文件名和扩展名	`os.path.splitext("file.txt")`	`('file', '.txt')`

2. 目录管理

函数	描述	示例	注意
`os.getcwd()`	获取当前工作目录	`print(os.getcwd())`	返回绝对路径
`os.chdir(path)`	切换当前工作目录	`os.chdir("..")`	失败抛出 `FileNotFoundError`
`os.listdir(path=".")`	列出目录内容	`os.listdir("/tmp")`	返回文件名列表（不递归）
`os.mkdir(path)`	创建单层目录	`os.mkdir("new_dir")`	目录已存在时抛出 `FileExistsError`
`os.makedirs(path)`	递归创建多层目录	`os.makedirs("a/b/c")`	类似 `mkdir -p`
`os.rmdir(path)`	删除空目录	`os.rmdir("empty_dir")`	目录非空时抛出 `OSError`
`os.removedirs(path)`	递归删除空目录	`os.removedirs("a/b/c")`	从最深层开始向上删除

3. 文件操作

函数	描述	示例	注意
`os.remove(path)`	删除文件	`os.remove("temp.txt")`	文件不存在时抛出 `FileNotFoundError`
`os.rename(src, dst)`	重命名/移动文件或目录	`os.rename("old.txt", "new.txt")`	跨磁盘移动可能失败
`os.stat(path)`	获取文件状态信息	`st = os.stat("file.txt")` `st.st_size`	返回包含大小、时间等的对象
`os.utime(path, times)`	修改文件访问/修改时间	`os.utime("file.txt", (atime, mtime))`	时间戳为秒数

4. 进程管理

函数	描述	示例	注意
`os.system(command)`	执行系统命令	`os.system("ls -l")`	返回命令退出状态码
`os.popen(command)`	执行命令并获取输出（已废弃）	`output = os.popen("date").read()`	建议改用 `subprocess`
`os.exec*()` 系列	替换当前进程（如 `os.execlp`）	`os.execlp("python", "python", "script.py")`	执行后原进程终止
`os.kill(pid, signal)`	向进程发送信号	`os.kill(pid, signal.SIGTERM)`	Windows 支持有限

5. 环境变量管理

函数/属性	描述	示例	注意
`os.environ`	字典形式的环境变量	`os.environ["PATH"]`	修改后仅影响当前进程
`os.getenv(key, default)`	获取环境变量值	`os.getenv("HOME", "/tmp")`	键不存在时返回 `default`
`os.putenv(key, value)`	设置环境变量（不推荐）	`os.putenv("DEBUG", "1")`	建议直接操作 `os.environ`

6. 系统信息

函数/属性	描述	示例	输出示例
`os.name`	操作系统名称	`print(os.name)`	`posix`（Linux/macOS） `nt`（Windows）
`os.sep`	路径分隔符	`os.sep`	`/` 或 `\`
`os.linesep`	行终止符	`os.linesep`	`\n`（Linux） `\r\n`（Windows）
`os.cpu_count()`	返回 CPU 核心数	`os.cpu_count()`	`8`

三、实际应用示例

1. 递归遍历目录

def list_files(startpath):
    for root, dirs, files in os.walk(startpath):
        level = root.replace(startpath, '').count(os.sep)
        indent = ' ' * 4 * level
        print(f"{indent}{os.path.basename(root)}/")
        subindent = ' ' * 4 * (level + 1)
        for f in files:
            print(f"{subindent}{f}")

list_files("/tmp")

os.walk(path) 是 Python 中用于递归遍历目录结构的核心函数，可深度遍历指定路径下的所有子目录和文件。以下从功能、参数、返回值到应用场景的全面解析：

①、核心功能与运行机制

目录树遍历
以 path 为根目录，逐层遍历所有子目录，生成目录树的完整结构。支持 深度优先 或 广度优先 遍历（通过 topdown 参数控制）。
数据生成方式
返回一个 生成器（generator），按需生成三元组 (root, dirs, files)，避免一次性加载所有路径导致内存压力。

②、参数详解

python

os.walk(top, topdown=True, onerror=None, followlinks=False)

参数	类型	作用
`top`	`str`	要遍历的根目录路径
`topdown`	`bool`	默认 `True`：先返回父目录再子目录；`False` 则逆序（从叶子节点向上）
`onerror`	`callable`	遍历出错时的回调函数（接收异常对象作为参数）
`followlinks`	`bool`	是否追踪符号链接指向的真实目录（默认 `False`）

③、返回值解析

每次迭代返回的三元组包含：

**root**
当前遍历的目录绝对路径（如 "/data/images/cats"）。
**dirs**
当前目录下的 直接子目录名列表（不含路径，如 ["2023", "2024"]）。
**files**
当前目录下的 文件名列表（不含路径，如 ["cat1.jpg", "cat2.png"]）。

示例目录结构：

markdown

root/
├── dir1/
│   ├── file1.txt
│   └── subdir/
└── dir2/
    └── file2.log

对应的遍历输出：

python

# 第一次迭代
('root', ['dir1', 'dir2'], [])  
# 第二次迭代（进入 dir1）
('root/dir1', ['subdir'], ['file1.txt'])  
# 第三次迭代（进入 subdir）
('root/dir1/subdir', [], [])  
# 第四次迭代（进入 dir2）
('root/dir2', [], ['file2.log'])

遍历所有文件并获取完整路径

python

import os

for root, dirs, files in os.walk("data"):
    for file in files:
        full_path = os.path.join(root, file)  # 拼接完整路径[3,6](@ref)
        print(f"发现文件：{full_path}")

2. 批量重命名文件

folder = "docs"
for filename in os.listdir(folder):
    if filename.endswith(".txt"):
        new_name = filename.replace(" ", "_")
        os.rename(
            os.path.join(folder, filename),
            os.path.join(folder, new_name)
        )

3. 安全创建临时目录

import tempfile

def create_temp_dir():
    temp_dir = tempfile.mkdtemp()
    try:
        print(f"临时目录已创建: {temp_dir}")
        # 执行操作...
    finally:
        os.rmdir(temp_dir)
        print("临时目录已删除")

四、注意事项

1. 路径处理

不要手动拼接路径：使用 os.path.join() 替代字符串拼接，避免跨平台问题：

# 错误方式
path = "dir" + "/" + "file.txt"  # 在Windows下失效

# 正确方式
path = os.path.join("dir", "file.txt")

2. 异常处理

文件操作需捕获常见异常：

try:
    os.remove("non_exist.txt")
except FileNotFoundError as e:
    print(f"文件不存在: {e}")

3. 安全性

谨慎使用 os.system()：可能引发命令注入漏洞，优先使用 subprocess.run()：

# 危险！用户输入可能包含恶意命令
user_input = "some; rm -rf /"
os.system(f"echo {user_input}")

# 安全方式
import subprocess
subprocess.run(["echo", user_input], check=True)

4. 跨平台兼容性

检查系统差异：

if os.name == 'posix':
    print("运行在 Unix-like 系统")
elif os.name == 'nt':
    print("运行在 Windows 系统")

五、与 `shutil` 库的对比

功能	`os` 库	`shutil` 库
文件复制	❌ 无直接支持	✅ `shutil.copy()`
目录删除	✅ 只能删空目录	✅ `shutil.rmtree()` 递归删除
压缩文件	❌ 无支持	✅ `shutil.make_archive()`
元数据保留	❌ 需手动处理	✅ `copystat()` 保留权限和时间