python编程 ：第二十五课：探索电脑的“文件王国” – OS 模块进阶与文件查找

• 时长: 90 分钟
• 教学目标:
  • 复习 os 模块的基本作用（与操作系统交互）。
  • 学习使用 os.path 子模块处理文件和文件夹路径。
  • 掌握如何检查文件或文件夹是否存在 (os.path.exists())。
  • 学会区分路径指向的是文件还是文件夹 (os.path.isfile(), os.path.isdir())。
  • 学习如何获取某个文件夹下的所有文件和文件夹列表 (os.listdir())。
  • 理解如何通过遍历文件夹内容、结合条件判断和路径处理，实现一个简单的文件查找“算法”。
  • 练习将文件系统操作与循环、条件判断、函数等结构结合使用。

课程内容

1. 复习与引入 (10 分钟)

• 复习: 快速回顾上一节课的 random 模块，以及它在模拟中的应用。回顾我们学过的数据结构（列表、字典等）和控制结构（循环、条件判断）。回顾文件操作（打开、读写、关闭）和 with open()。
• 提出问题: 老师提问：“我们现在会读写文件了，但文件都只能放在当前程序所在的文件夹里，或者写一个很长的绝对路径。如果我想让程序知道电脑里有没有某个文件？我想列出某个文件夹里的所有文件名字？我想找到某个文件夹里所有 .txt 文件，把它们找出来怎么办？”
• 引出 os 模块进阶: 这些操作都和操作系统以及文件系统有关。我们之前简单用过 os 模块（比如获取当前路径），今天我们来更深入地学习 os 模块，特别是它的 os.path 部分，以及如何用它来“探索”电脑里的文件和文件夹。这个探索过程，其实就是一种“查找”的算法应用。

2. 复习 OS 模块与基本功能 (5 分钟)

• 概念: os 模块（Operating System）提供了很多和操作系统互动的功能，比如文件和文件夹的操作、执行系统命令等。
• 导入:

  import os # 导入 os 模块
  

• 简单回顾:
  • 获取当前工作目录（程序正在哪个文件夹里运行）：os.getcwd()

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

  • 改变当前工作目录：os.chdir(路径) （这个功能比较少用，注意改变后相对路径会变）
  • 执行系统命令：os.system("命令") （比如在 Windows 上 os.system("calc") 打开计算器，了解即可，实际开发中不推荐直接用它执行用户输入的命令，有安全风险）

3. 处理文件和文件夹路径 – os.path 子模块 (20 分钟)

• 概念: os.path 是 os 模块的一个子模块，专门用来处理路径字符串，比如拼接路径、判断路径是否存在、判断路径是文件还是文件夹等。使用 os.path 的好处是它可以兼容不同的操作系统（Windows 用 \，Linux/macOS 用 /）。
• 拼接路径 – os.path.join(): 将多个路径部分组合成一个完整的路径字符串，会自动使用当前操作系统的路径分隔符。

  # 在当前文件夹下的 "data" 文件夹里，有一个 "info.txt" 文件
  folder = "data"
  file_name = "info.txt"
  # 错误的拼接方法 (不跨平台):
  # file_path = folder + "/" + file_name # 在 Windows 上就不对了
  # file_path = folder + "\\" + file_name # 在 Linux/macOS 上就不对了
  
  # 正确的拼接方法 (跨平台):
  file_path = os.path.join(folder, file_name)
  print(f"拼接后的路径是: {file_path}") # 在 Windows 上可能是 data\info.txt，在 Linux/macOS 上是 data/info.txt
  
  # 可以拼接多个部分
  full_path = os.path.join("C:", "Users", "YourName", "Documents", "my_file.txt") # Windows 示例
  print(f"完整路径示例: {full_path}")
  

• 检查路径是否存在 – os.path.exists(): 判断给定的路径在电脑上是否存在。

  print("当前文件是否存在？", os.path.exists(__file__)) # __file__ 表示当前程序文件的完整路径
  print("一个不存在的文件是否存在？", os.path.exists("non_existent_file_12345.txt"))
  print("当前工作目录是否存在？", os.path.exists(os.getcwd()))
  

• 判断是文件还是文件夹 – os.path.isfile() 和 os.path.isdir():
  • os.path.isfile(路径): 如果路径存在且指向一个文件，返回 True，否则返回 False。
  • os.path.isdir(路径): 如果路径存在且指向一个文件夹，返回 True，否则返回 False。

  import os
  # 假设当前目录下有一个文件 my_program.py 和一个文件夹 my_folder
  
  # 检查当前文件
  print(f"'{__file__}' 是文件吗？", os.path.isfile(__file__))
  print(f"'{__file__}' 是文件夹吗？", os.path.isdir(__file__))
  
  # 检查当前目录
  print(f"'{os.getcwd()}' 是文件吗？", os.path.isfile(os.getcwd()))
  print(f"'{os.getcwd()}' 是文件夹吗？", os.path.isdir(os.getcwd()))
  
  # 检查一个不存在的路径
  print("'不存在的路径' 是文件吗？", os.path.isfile("non_existent_path"))
  print("'不存在的路径' 是文件夹吗？", os.path.isdir("non_existent_path"))
  

• 动手实践: 学生尝试使用 os.path.join() 拼接不同的路径。 尝试使用 os.path.exists() 检查当前程序文件和当前文件夹是否存在。 尝试创建一个空的文件夹（手动创建即可），然后用 os.path.isdir() 检查它。

4. 列出文件夹内容 – os.listdir() (10 分钟)

• os.listdir(路径) 的作用: 获取指定路径下的所有文件和文件夹的名称列表。注意：它只返回名称，不包含完整的路径，也不包含隐藏文件（通常）。

  import os
  
  # 列出当前工作目录下的所有文件和文件夹名称
  contents = os.listdir(os.getcwd())
  print(f"当前目录 '{os.getcwd()}' 下的内容:")
  print(contents) # 这是一个列表
  
  # 列出上级目录的内容 (如果当前目录有上级)
  # print("上级目录内容:", os.listdir(".."))
  
  # 如果目录不存在，会报错 FileNotFoundError
  # print(os.listdir("non_existent_folder_xyz")) # 错误！
  

• 动手实践: 学生尝试使用 os.listdir() 列出当前文件夹下的内容。 如果有其他文件夹，尝试列出其他文件夹的内容。

5. 应用：实现一个简单的文件查找“算法” (25 分钟)

• 问题: 如何找到当前文件夹下所有以 .txt 结尾的文件？
• 思考步骤 (算法):
  1. 确定要查找的文件夹路径（例如，当前工作目录）。
  2. 获取这个文件夹下所有文件和文件夹的名称列表（使用 os.listdir()）。
  3. 创建一个空的列表，用来存放找到的 .txt 文件的完整路径。
  4. 遍历获取到的名称列表。
  5. 对于列表中的每一个名称：
     • 将当前文件夹路径和这个名称拼接起来，得到完整的路径（使用 os.path.join()）。
     • 判断这个完整路径是否指向一个文件（使用 os.path.isfile()）。
     • 如果确实是一个文件，再判断这个文件的名字是否以 .txt 结尾（使用字符串的 .endswith(".txt") 方法）。
     • 如果既是文件，文件名又以 .txt 结尾，就将这个完整路径添加到结果列表中。
  6. 遍历结束后，打印结果列表。
• 用代码实现这个算法（封装在函数中）:

  import os
  
  # 定义一个函数来查找指定文件夹下特定后缀的文件
  # 参数 folder_path 是要查找的文件夹路径
  # 参数 extension 是要查找的文件后缀 (例如 ".txt")
  def find_files_with_extension(folder_path, extension):
      found_files = [] # 创建一个空列表存放结果
  
      # 检查文件夹是否存在，并且确实是文件夹
      if not os.path.exists(folder_path):
          print(f"错误：文件夹 '{folder_path}' 不存在！")
          return found_files # 返回空列表
      if not os.path.isdir(folder_path):
           print(f"错误：'{folder_path}' 不是一个文件夹！")
           return found_files # 返回空列表
  
      try:
          # 1. 获取文件夹下的所有名称列表
          items = os.listdir(folder_path)
  
          # 2. 遍历名称列表
          for item_name in items:
              # 3. 拼接完整路径
              item_full_path = os.path.join(folder_path, item_name)
  
              # 4. 判断是否是文件
              if os.path.isfile(item_full_path):
                  # 5. 判断文件名是否以指定的后缀结尾
                  if item_name.endswith(extension):
                      # 6. 如果符合条件，添加到结果列表
                      found_files.append(item_full_path)
  
      except Exception as e:
           print(f"查找过程中发生错误: {e}")
           # 即使出错，也返回目前找到的部分文件列表
  
      # 7. 返回找到的文件列表
      return found_files
  
  # --- 主程序部分 ---
  # 指定要查找的文件夹 (例如当前目录)
  search_folder = os.getcwd() # 或者可以是其他路径，比如 "D:\\MyDocuments"
  
  # 指定要查找的文件后缀
  file_extension = ".txt"
  
  print(f"正在 '{search_folder}' 文件夹中查找以 '{file_extension}' 结尾的文件...")
  
  # 调用函数进行查找
  txt_files = find_files_with_extension(search_folder, file_extension)
  
  # 打印查找结果
  if len(txt_files) > 0:
      print(f"找到了以下 {len(txt_files)} 个 {file_extension} 文件:")
      for file_path in txt_files:
          print(file_path)
  else:
      print(f"在该文件夹中没有找到任何 {file_extension} 文件。")
  
  

• 引导与讨论: 带领学生一步步理解代码如何对应算法步骤。强调 os.path.join() 的作用，os.path.isfile() 的作用，以及如何结合 endswith() 进行筛选。解释为什么要把查找逻辑放在函数里。

6. 课堂练习 (10 分钟)

让学生独立完成以下练习：

• 练习 1: 修改上面的 find_files_with_extension 函数，让它查找并返回指定文件夹下所有文件夹的完整路径列表，而不是文件。

  # 在这里修改 find_files_with_extension 函数
  def find_subfolders(folder_path):
      found_folders = []
      # TODO: 添加文件夹存在和是目录的检查
      try:
           items = os.listdir(folder_path)
           for item_name in items:
                item_full_path = os.path.join(folder_path, item_name)
                # TODO: 判断 item_full_path 是否是一个文件夹 (使用 os.path.isdir())
                # TODO: 如果是文件夹，添加到 found_folders 列表
                pass
      except Exception as e:
           print(f"查找过程中发生错误: {e}")
      return found_folders
  
  # 调用函数测试
  subfolders = find_subfolders(os.getcwd())
  print(f"当前目录下的文件夹有: {subfolders}")
  

• 练习 2: 编写一个程序，列出当前目录下所有文件名中包含字母 ‘a’ 的文件和文件夹的名称。（提示：使用 os.listdir()，遍历结果列表，使用字符串的 in 运算符判断）。

7. 总结与提问 (5 分钟)

• 回顾: 回顾本节课内容：os.path 子模块，路径的拼接 os.path.join()，存在性检查 os.path.exists()，类型判断 os.path.isfile(), os.path.isdir()，列出文件夹内容 os.listdir()，以及如何将这些工具组合起来，实现一个查找文件的简单“算法”。
• 提问:
  • 为什么用 os.path.join() 拼接路径比直接用 + 好？
  • 如何检查一个路径是否指向一个真实存在的文件？
  • os.listdir() 返回的是什么？是完整路径吗？
  • 我们编写的查找 .txt 文件的步骤（算法）是怎样的？
• 答疑: 回答学生问题。

8. 布置课后作业 (5 分钟)

• 作业 1: 编写一个函数 count_files_in_folder(folder_path)，接收一个文件夹路径作为参数，计算并返回该文件夹下一共有多少个文件（不包含子文件夹）。
• 作业 2: 编写一个程序，让用户输入一个文件夹路径和一个文件名。检查该文件夹下是否存在这个文件。如果存在，打印“文件已找到！”；如果不存在或路径无效，打印“文件未找到或文件夹不存在。”
• 作业 3: 编写一个函数 find_large_files(folder_path, min_size)，接收文件夹路径和最小文件大小（字节）作为参数。遍历该文件夹下的所有文件，找出大小大于等于指定最小大小的文件，将它们的完整路径和大小存储在一个列表中（列表中每个元素是一个元组 (文件路径, 文件大小) 或字典 {'path': ..., 'size': ...}），并返回这个列表。（提示：需要导入 os 模块，使用 os.path.getsize(文件路径) 获取文件大小）。
• 作业 4: (选做) 编写一个程序，实现查找功能：让用户输入一个文件名（或部分文件名）。在当前文件夹及其所有子文件夹中递归查找该文件，如果找到，打印文件的完整路径。这是一个更复杂的查找算法（遍历目录树）。