IO在计算机中指Input/Output，也就是输入和输出。
由于程序和运行时数据是在内存中驻留，由CPU这个超快的计算核心来执行。涉及到数据交换的地方，通常是磁盘、网络等，就需要IO接口。
IO编程中，Stream（流）是一个很重要的概念：
- Input Stream就是数据从外面（磁盘、网络）流进内存
- Output Stream就是数据从内存流到外面去
存在问题：
由于CPU和内存的速度远远高于外设的速度，所以，在IO编程中，就存在速度严重不匹配的问题。
举个例子来说，比如要把100M的数据写入磁盘，CPU输出100M的数据只需要0.01秒，可是磁盘要接收这100M数据可能需要10秒，怎么办呢？有两种办法：
- 第一种是CPU等着，也就是程序暂停执行后续代码，等100M的数据在10秒后写入磁盘，再接着往下执行，这种模式称为同步IO；
- 另一种方法是CPU不等待，只是告诉磁盘，“您老慢慢写，不着急，我接着干别的事去了”，于是，后续代码可以立刻接着执行，这种模式称为异步IO。
操作IO的能力都是由操作系统提供的(现在系统不允许普通的程序直接操作磁盘)，每一种编程语言都会把操作系统提供的低级C接口封装起来方便使用。
1.文件读写
Python内置了读写文件的函数，用法和C是兼容的。
读写文件就是请求操作系统打开一个文件对象（通常称为文件描述符），然后，通过操作系统提供的接口从这个文件对象中读取数据（读文件），或者把数据写入这个文件对象（写文件）。
1.1读文件
要以读文件的模式打开一个文件对象，使用Python内置的open() 函数，传入文件名和标示符：
>>> f = open('/Users/michael/test.txt', 'r')
>>> f.read()
'Hello, world!' --读到的是一个字符串
>>> f.close() --关闭文件
如果文件不存在，open() 函数就会抛出一个IOError 的错误，并且给出错误码和详细的信息告诉你文件不存在
如果文件打开成功，接下来，调用read() 方法可以一次读取文件的全部内容，Python把内容读到内存，用一个str 对象表示。
由于文件读写时都有可能产生IOError ，一旦出错，后面的f.close() 就不会调用。所以，为了保证无论是否出错都能正确地关闭文件，我们可以使用try ... finally 来实现：
try:
f = open('/path/to/file', 'r')
print(f.read())
finally:
if f:
f.close()
但是每次都这么写实在太繁琐，所以，Python引入了with 语句来自动帮我们调用close() 方法：
with open('/path/to/file', 'r') as f: ---with自动调用close方法
print(f.read())
read()和readline()/readlines()方法比较：
- read()会一次性读取全部文件(如果文件有10G，内存就爆了)， 要保险起见，可以反复调用
read(size)方法，每次最多读取size个字节的内容。 -
readline()可以每次读取一行内容 - 调用
readlines()一次读取所有内容并按行返回list。
适用情况：
- 如果文件很小，
read()一次性读取最方便； - 如果不能确定文件大小，反复调用
read(size)比较保险； - 如果是配置文件，调用
readlines()最方便
file-like Object: 像open() 函数返回的这种有个read() 方法的对象，在Python中统称为file-like Object。除了file外，还可以是内存的字节流，网络流，自定义流等等。file-like Object不要求从特定类继承，只要写个read() 方法就行。 StringIO 就是在内存中创建的file-like Object，常用作临时缓冲。
二进制文件：
前面讲的默认都是读取文本文件，并且是UTF-8编码的文本文件。
要读取二进制文件，比如图片、视频等等，用'rb' 模式打开文件即可：
>>> f = open('/Users/michael/test.jpg', 'rb')
>>> f.read()
b'\xff\xd8\xff\xe1\x00\x18Exif\x00\x00...' # 十六进制表示的字节
字符编码：
要读取非UTF-8编码的文本文件，需要给open() 函数传入encoding 参数，例如，读取GBK编码的文件：
>>> f = open('/Users/michael/gbk.txt', 'r', encoding='gbk')
>>> f.read()
'测试'
遇到有些编码不规范的文件，你可能会遇到UnicodeDecodeError ，因为在文本文件中可能夹杂了一些非法编码的字符。遇到这种情况，open() 函数还接收一个errors 参数，表示如果遇到编码错误后如何处理。最简单的方式是直接忽略：
>>> f = open('/Users/michael/gbk.txt', 'r', encoding='gbk', errors='ignore')
1.2写文件
写文件和读文件是一样的，唯一区别是调用open() 函数时，传入标识符'w' 或者'wb' 表示写文本文件或写二进制文件。
可以反复调用write() 来写入文件，但是务必要调用f.close() 来关闭文件。
当我们写文件时，操作系统往往不会立刻把数据写入磁盘，而是放到内存缓存起来，空闲的时候再慢慢写入。只有调用close() 方法时，操作系统才保证把没有写入的数据全部写入磁盘。忘记调用close() 的后果是数据可能只写了一部分到磁盘，剩下的丢失了。所以，还是用with 语句来得保险：
with open('/Users/michael/test.txt', 'w') as f:
f.write('Hello, world!')
写入类型：
- w： 以
'w'模式写入文件时，如果文件已存在，会直接覆盖（相当于删掉后新写入一个文件） - a ：可以传入
'a'以追加（append）模式写入。
2.StringIO和BytesIO
2.1 StringIO 内存读写str
StringIO顾名思义就是在内存中读写str。
写入
>>> from io import StringIO
>>> f = StringIO()
>>> f.write('hello')
5
>>> f.write(' ')
1
>>> f.write('world!')
6
>>> print(f.getvalue()) ----getvalue()获取写入后的str
hello world!
读取
>>> from io import StringIO
>>> f = StringIO('Hello!\nHi!\nGoodbye!')
>>> while True:
... s = f.readline()
... if s == '':
... break
... print(s.strip())
...
Hello!
Hi!
Goodbye!
2.2 BytesIO 内存读写二进制
写入
>>> from io import BytesIO
>>> f = BytesIO()
>>> f.write('中文'.encode('utf-8'))
6
>>> print(f.getvalue())
b'\xe4\xb8\xad\xe6\x96\x87'
读取
>>> from io import BytesIO
>>> f = BytesIO(b'\xe4\xb8\xad\xe6\x96\x87')
>>> f.read()
b'\xe4\xb8\xad\xe6\x96\x87'
3.操作文件和目录
Python程序中执行这些目录和文件的操作， Python内置的os 模块也可以直接调用操作系统提供的接口函数。
查看操作系统类型
>>> import os
>>> os.name # 操作系统类型
'posix'
如果是posix ，说明系统是Linux 、Unix 或Mac OS X ，如果是nt ，就是Windows 系统。
提取系统详细信息
>>> os.uname()
posix.uname_result(sysname='Darwin', nodename='MichaelMacPro.local', release='14.3.0', version='Darwin Kernel Version 14.3.0: Mon Mar 23 11:59:05 PDT 2015; root:xnu-2782.20.48~5/RELEASE_X86_64', machine='x86_64')
注意uname() 函数在Windows上不提供，也就是说，os 模块的某些函数是跟操作系统相关的。
环境变量
在操作系统中定义的环境变量，全部保存在os.environ 这个变量中，可以直接查看：
>>> os.environ
environ({'VERSIONER_PYTHON_PREFER_32_BIT': 'no', 'TERM_PROGRAM_VERSION': '326', 'LOGNAME': 'michael', 'USER': 'michael', 'PATH': '/usr/bin:/bin:/usr/sbin:/sbin:/usr/local/bin:/opt/X11/bin:/usr/local/mysql/bin', ...})
要获取某个环境变量的值，可以调用os.environ.get('key') ：
>>> os.environ.get('PATH')
'/usr/bin:/bin:/usr/sbin:/sbin:/usr/local/bin:/opt/X11/bin:/usr/local/mysql/bin'
>>> os.environ.get('x', 'default')
'default'
操作文件和目录
**(1)操作目录 **
os.path.abspath() 绝对路径
os.path.split() 拆分目录
os.mkdir() 创建目录
os.rmdir() 删除目录
操作文件和目录的函数一部分放在os 模块中，一部分放在os.path 模块中，这一点要注意一下。查看、创建和删除目录可以这么调用：
# 查看当前目录的绝对路径:
>>> os.path.abspath('.')
'/Users/michael'
# 在某个目录下创建一个新目录，首先把新目录的完整路径表示出来:
>>> os.path.join('/Users/michael', 'testdir')
'/Users/michael/testdir'
# 然后创建一个目录:
>>> os.mkdir('/Users/michael/testdir')
# 删掉一个目录:
>>> os.rmdir('/Users/michael/testdir')
这些合并、拆分路径的函数并不要求目录和文件要真实存在，它们只对字符串进行操作。路径的拆分、合并不要直接去操作字符串，而是利用函数去操作(原因：不同的系统，路径的显示样式不太一样)
- 把两个路径合成一个时，不要直接拼字符串，而要通过
os.path.join()函数，这样可以正确处理不同操作系统的路径分隔符。 - 要拆分路径时，也不要直接去拆字符串，而要通过
os.path.split()函数，这样可以把一个路径拆分为两部分，后一部分总是最后级别的目录或文件名：
>>> os.path.split('/Users/michael/testdir/file.txt')
('/Users/michael/testdir', 'file.txt')
os.path.splitext() 可以直接让你得到文件扩展名，很多时候非常方便：
>>> os.path.splitext('/path/to/file.txt')
('/path/to/file', '.txt')
(2)操作文件
os.rename()
os.remove() 删除文件
# 对文件重命名:
>>> os.rename('test.txt', 'test.py') --test.txt是原文件
# 删掉文件:
>>> os.remove('test.py')
过滤文件： 要列出所有的.py 文件，也只需一行代码
>>> [x for x in os.listdir('.') if os.path.isfile(x) and os.path.splitext(x)[1]=='.py']
['apis.py', 'config.py', 'models.py', 'pymonitor.py', 'test_db.py', 'urls.py', 'wsgiapp.py']
4.序列化 picking
把变量从内存中变成可存储或传输的过程称之为序列化，在Python中叫pickling，在其他语言中也被称之为serialization，marshalling，flattening等等，都是一个意思。
序列化之后，就可以把序列化后的内容写入磁盘，或者通过网络传输到别的机器上。
反过来，把变量内容从序列化的对象重新读到内存里称之为反序列化，即unpickling。
Python提供了pickle模块来实现序列化。
1.序列化方法 pickle.dumps() pickle.dump()
pickle.dumps() 方法把任意对象序列化成一个bytes ，然后，就可以把这个bytes 写入文件。
>>> import pickle
>>> d = dict(name='Bob', age=20, score=88)
>>> pickle.dumps(d)
b'\x80\x03}q\x00(X\x03\x00\x00\x00ageq\x01K\x14X\x05\x00\x00\x00scoreq\x02KXX\x04\x00\x00\x00nameq\x03X\x03\x00\x00\x00Bobq\x04u.'
另一个方法pickle.dump() 直接把对象序列化后写入一个file-like Object：
>>> f = open('dump.txt', 'wb')
>>> pickle.dump(d, f)
>>> f.close()
2.反序列化方法 pickle.load()
当我们要把对象从磁盘读到内存时，可以先把内容读到一个bytes ，然后用pickle.loads() 方法反序列化出对象，也可以直接用pickle.load() 方法从一个file-like Object 中直接反序列化出对象。我们打开另一个Python命令行来反序列化刚才保存的对象：
>>> f = open('dump.txt', 'rb')
>>> d = pickle.load(f)
>>> f.close()
>>> d
{'age': 20, 'score': 88, 'name': 'Bob'}