📚 课程目录第3章文件I/O操作

3. 文件 I/O 操作：读取配置文件与写入日志

文件操作，说白了就是让脚本跟硬盘上的数据打交道。在配方自动切换这个场景里，我们至少需要搞定三件事：读配置、写日志、管好路径。这三件事要是没做好，脚本跑起来就跟没头苍蝇一样。

我个人习惯把文件操作分成两类：一类是脚本启动时一次性读取的静态数据，比如配方参数、设备地址；另一类是运行时持续写入的动态数据，比如切换记录、报错信息。前者用配置文件，后者用日志文件。

3.1 读取配置文件：INI / JSON / CSV

配置文件就像脚本的「记忆卡」。你不想每次改个参数都去翻代码吧？把可变参数抽到配置文件里，改配置就行，代码不用动。

3.1.1 INI 格式：老派但够用

INI 文件结构简单，就是节（Section）+ 键值对。适合存设备参数、通信端口这类固定结构的数据。

; config.ini
[Device]
IP = 192.168.1.100
Port = 502
Timeout = 5

[Recipe]
Default = recipe_001.csv
RetryCount = 3

Python 里用 configparser 模块读取，几行代码搞定：

import configparser

config = configparser.ConfigParser()
config.read('config.ini')

ip = config['Device']['IP']
port = config['Device'].getint('Port')
timeout = config['Device'].getfloat('Timeout')

print(f"设备地址：{ip}:{port}，超时：{timeout}s")

我的习惯：用 getint()、getfloat() 代替直接索引，避免类型转换出错。我在项目里见过有人直接用 config['Device']['Port'] 拿到的字符串去拼 SQL，结果端口号变成了字符串拼接，排查了半天。

3.1.2 JSON 格式：现代工业标准

JSON 支持嵌套结构，比 INI 灵活得多。配方数据往往有多层结构——一个配方包含多个工步，每个工步又有多个参数。这种场景 JSON 是首选。

{
  "recipe_name": "recipe_001",
  "version": "2.1",
  "steps": [
    {
      "step_id": 1,
      "action": "heat",
      "target_temp": 180,
      "hold_time": 30
    },
    {
      "step_id": 2,
      "action": "cool",
      "target_temp": 25,
      "hold_time": 15
    }
  ]
}

读取 JSON 用内置的 json 模块：

import json

with open('recipe.json', 'r', encoding='utf-8') as f:
    recipe = json.load(f)

print(f"配方名称：{recipe['recipe_name']}")
for step in recipe['steps']:
    print(f"  工步 {step['step_id']}：{step['action']} 到 {step['target_temp']}℃")

注意编码：JSON 文件默认用 UTF-8 编码。如果你在 Windows 下用记事本编辑，保存时选 UTF-8，否则中文会乱码。我曾经因为编码问题，读出来的配方名称全是乱码，导致脚本匹配不到正确的配方文件。

3.1.3 CSV 格式：表格数据的好搭档

CSV 适合存批量数据，比如配方列表、历史记录。每行一条记录，用逗号分隔字段。

recipe_id,recipe_name,target_temp,hold_time
001,recipe_heat_180,180,30
002,recipe_cool_25,25,15
003,recipe_anneal_120,120,60

Python 用 csv 模块读取：

import csv

recipes = []
with open('recipe_list.csv', 'r', encoding='utf-8') as f:
    reader = csv.DictReader(f)
    for row in reader:
        recipes.append(row)

for r in recipes:
    print(f"{r['recipe_id']} - {r['recipe_name']}")

  三种格式怎么选？
  
    格式适用场景优点缺点
INI设备参数、固定配置简单直观，人类可读不支持嵌套
JSON配方数据、复杂结构支持嵌套，解析快手写容易漏括号
CSV批量数据、历史记录Excel 可直接打开不支持层级结构

格式	适用场景	优点	缺点
INI	设备参数、固定配置	简单直观，人类可读	不支持嵌套
JSON	配方数据、复杂结构	支持嵌套，解析快	手写容易漏括号
CSV	批量数据、历史记录	Excel 可直接打开	不支持层级结构

3.2 写入日志文件

日志是脚本的「黑匣子」。配方切换出问题了，第一件事就是翻日志。没有日志，你只能靠猜。

Python 内置的 logging 模块足够用，别自己写文件追加逻辑。我见过有人用 open('log.txt', 'a') 手动写日志，结果多线程环境下日志全乱了。

import logging

logging.basicConfig(
    filename='recipe_switch.log',
    level=logging.INFO,
    format='%(asctime)s - %(levelname)s - %(message)s',
    datefmt='%Y-%m-%d %H:%M:%S'
)

logging.info('配方切换开始：recipe_001')
logging.warning('温度偏差超过阈值：+3℃')
logging.error('配方文件未找到：recipe_999.json')

日志级别从低到高：DEBUG、INFO、WARNING、ERROR、CRITICAL。生产环境一般设 INFO 级别，DEBUG 只在调试时开。

日志轮转：日志文件不能无限增长。用 RotatingFileHandler 按大小切分，或者 TimedRotatingFileHandler 按时间切分。我习惯每天一个日志文件，保留 30 天。

from logging.handlers import TimedRotatingFileHandler

handler = TimedRotatingFileHandler(
    'recipe_switch.log',
    when='midnight',
    interval=1,
    backupCount=30
)
handler.setFormatter(logging.Formatter('%(asctime)s - %(levelname)s - %(message)s'))
logger = logging.getLogger()
logger.addHandler(handler)

3.3 文件路径处理

路径处理是文件操作里最容易翻车的地方。Windows 用反斜杠 \，Linux 用正斜杠 /。硬编码路径的脚本，换个环境就崩。

用 os.path 或 pathlib 处理路径，跨平台无压力。我个人更推荐 pathlib，API 更现代。

from pathlib import Path

# 当前脚本所在目录
base_dir = Path(__file__).parent

# 配置文件路径
config_path = base_dir / 'config' / 'device.ini'

# 日志文件路径
log_path = base_dir / 'logs' / 'recipe_switch.log'

# 确保目录存在
log_path.parent.mkdir(parents=True, exist_ok=True)

print(f"配置文件：{config_path}")
print(f"日志文件：{log_path}")

路径拼接陷阱：不要用字符串拼接路径！base_dir + '/' + 'config' + '/' + 'device.ini' 这种写法在 Windows 下会出问题。用 os.path.join() 或 pathlib 的 / 运算符。

3.4 知识结构图：文件 I/O 操作全景

3.5 实战建议：把这些串起来

在实际项目中，我通常这样组织文件操作：

启动时：用 JSON 读取配方数据，用 INI 读取设备参数
运行时：每次切换配方，记录一条 INFO 日志
异常时：捕获异常，写入 ERROR 日志，并记录当前上下文
路径管理：所有路径用 pathlib 动态生成，不写死

  避坑清单：
  文件路径不要用相对路径，用 __file__ 定位脚本所在目录
日志文件要轮转，别让一个文件撑爆硬盘
配置文件编码统一用 UTF-8，避免跨平台乱码
读取文件时加 try-except，文件不存在要有默认值或报错提示

嗯，文件 I/O 这块其实不难，但细节多。你想想看，一个配方切换脚本跑在生产线上，突然因为路径写死找不到配置文件，或者日志文件撑爆了硬盘——这种低级错误，咱们不能犯。