Pythonによるファイル操作：読み込みと書き込みの基本
Pythonにおけるファイル操作は、プログラムが外部のデータとやり取りするための基本的な機能です。テキストファイルやバイナリファイルを読み込んだり、新しいファイルを作成したり、既存のファイルにデータを書き込んだりすることができます。ここでは、Pythonでファイル操作を行う際の基本的な方法と、いくつかの便利な機能について解説します。
ファイルのオープンとクローズ
ファイル操作の第一歩は、ファイルを「開く」ことです。Pythonでは、組み込み関数 `open()` を使用してファイルを開きます。この関数は、ファイルパスとモードを引数として取ります。
open() 関数の基本
`open(file, mode=’r’, buffering=-1, encoding=None, errors=None, newline=None, closefd=True, opener=None)`
* `file`: 開きたいファイルのパスを指定します。文字列で指定します。
* `mode`: ファイルを開くモードを指定します。最も一般的なモードは以下の通りです。
* `’r’` (read): 読み込みモード。ファイルが存在しない場合は `FileNotFoundError` が発生します。デフォルトのモードです。
* `’w’` (write): 書き込みモード。ファイルが存在する場合は、既存の内容はすべて消去されます。ファイルが存在しない場合は、新規作成されます。
* `’a’` (append): 追記モード。ファイルが存在する場合は、ファイルの末尾に追記されます。ファイルが存在しない場合は、新規作成されます。
* `’x’` (exclusive creation): 排他的作成モード。ファイルが存在しない場合のみ新規作成されます。ファイルがすでに存在する場合は `FileExistsError` が発生します。
* `’b’` (binary): バイナリモード。テキストではなくバイナリデータ（画像、音声、実行ファイルなど）を扱う場合に指定します。例えば `’rb’`, `’wb’` のように使用します。
* `’t’` (text): テキストモード。テキストデータを扱う場合に指定します。デフォルトのモードです。例えば `’rt’`, `’wt’` のように使用します。
* `’+’` : 更新モード。読み書き両方を行う場合に指定します。例えば `’r+’` (読み書き), `’w+’` (書き込みと読み込み、既存内容消去), `’a+’` (追記と読み込み) のように使用します。
* `encoding`: テキストモードでファイルを扱う際に、文字エンコーディングを指定します。指定しない場合、プラットフォームのデフォルトエンコーディングが使用されますが、意図しない結果になることがあるため、明示的に指定することが推奨されます。一般的には `’utf-8’` がよく使われます。
* `newline`: テキストモードでの改行コードの扱いを制御します。
ファイルを閉じることの重要性
ファイルを使い終わったら、必ず「閉じる」必要があります。ファイルを閉じないと、バッファに溜まったデータがディスクに書き込まれなかったり、他のプログラムがそのファイルにアクセスできなくなったりする可能性があります。ファイルを閉じるには、ファイルオブジェクトの `close()` メソッドを呼び出します。
withステートメントによる自動クローズ
ファイルを閉じる操作は忘れがちですが、Pythonでは `with` ステートメントを使用することで、ファイルを自動的に閉じるようにすることができます。これは、エラーが発生した場合でも確実にファイルを閉じることができるため、非常に推奨される方法です。
with open(‘sample.txt’, ‘r’, encoding=’utf-8′) as f:
# ファイル操作を行うコード
# withブロックを抜けると自動的にファイルが閉じられる
この `with` ステートメントを使うことで、`f.close()` を明示的に呼び出す必要がなくなります。
ファイルからの読み込み
ファイルからデータを読み込むには、いくつかの方法があります。
read() メソッド
`read()` メソッドは、ファイルの内容全体を一つの文字列として読み込みます。ファイルサイズが大きい場合、メモリを大量に消費する可能性があるため注意が必要です。
with open(‘sample.txt’, ‘r’, encoding=’utf-8′) as f:
content = f.read()
print(content)
readline() メソッド
`readline()` メソッドは、ファイルから1行ずつ文字列として読み込みます。ファイルの終端に達すると空文字列を返します。
with open(‘sample.txt’, ‘r’, encoding=’utf-8′) as f:
line1 = f.readline()
line2 = f.readline()
print(line1)
print(line2)
readlines() メソッド
`readlines()` メソッドは、ファイルの内容を1行ずつ読み込み、各行を要素とするリストとして返します。各要素の末尾には改行文字が含まれます。
with open(‘sample.txt’, ‘r’, encoding=’utf-8′) as f:
lines = f.readlines()
for line in lines:
print(line, end=”) # 余分な改行を防ぐ
イテレータとしてのファイルオブジェクト
ファイルオブジェクト自体がイテレータとして機能するため、`for` ループを使って直接ファイルから1行ずつ読み込むことができます。これは、ファイルサイズが大きい場合でもメモリ効率が良いため、最も推奨される方法です。
with open(‘sample.txt’, ‘r’, encoding=’utf-8′) as f:
for line in f:
print(line, end=”)
ファイルへの書き込み
ファイルにデータを書き込む場合も、`open()` 関数を `’w’`, `’a’`, `’x’` などの書き込みモードで開きます。
write() メソッド
`write()` メソッドは、文字列をファイルに書き込みます。指定した文字列をそのまま書き込むため、改行文字 (`n`) などは自分で追加する必要があります。
with open(‘output.txt’, ‘w’, encoding=’utf-8′) as f:
f.write(‘これは最初の行です。n’)
f.write(‘これは2番目の行です。n’)
writelines() メソッド
`writelines()` メソッドは、文字列のリスト（またはイテラブル）を受け取り、リストの各要素をファイルに書き込みます。各要素に改行文字が含まれていない場合は、自動的に追加されないため、注意が必要です。
lines_to_write = [‘Line 1n’, ‘Line 2n’, ‘Line 3n’]
with open(‘output_lines.txt’, ‘w’, encoding=’utf-8′) as f:
f.writelines(lines_to_write)
バイナリファイルの操作
画像ファイルや実行ファイルなどのバイナリデータを扱う場合は、ファイルをバイナリモード (`’rb’`, `’wb’` など) で開く必要があります。バイナリモードで読み書きされるデータはバイト列 (`bytes`) となります。
# バイナリファイルの読み込み
with open(‘image.jpg’, ‘rb’) as f:
binary_data = f.read()
# binary_dataはバイト列
# バイナリファイルの書き込み
data_to_write = b’x01x02x03x04′ # バイト列
with open(‘output.bin’, ‘wb’) as f:
f.write(data_to_write)
ファイルの位置の操作
ファイルオブジェクトは、読み書きの位置を管理するためのメソッドも提供しています。
seek() メソッド
`seek(offset, whence=0)` メソッドは、ファイルポインタ（読み書き位置）を指定したオフセットに移動させます。
* `offset`: 移動させるバイト数。
* `whence`: オフセットの基準点。
* `0` (SEEK_SET): ファイルの先頭からのオフセット (デフォルト)。
* `1` (SEEK_CUR): 現在位置からのオフセット。
* `2` (SEEK_END): ファイルの末尾からのオフセット。
with open(‘sample.txt’, ‘r’, encoding=’utf-8′) as f:
f.seek(10) # 先頭から10バイト目に移動
print(f.read(5)) # 10バイト目から5バイト読み込む
tell() メソッド
`tell()` メソッドは、現在のファイルポインタの位置（先頭からのバイト数）を返します。
with open(‘sample.txt’, ‘r’, encoding=’utf-8′) as f:
print(f.tell()) # 現在位置
f.seek(5)
print(f.tell()) # 5バイト移動後の位置
ファイルモードの補足
* `’w+’` モードと `’r+’` モードの違い:
* `’w+’`: ファイルが存在すれば内容を消去し、読み書き可能にします。ファイルが存在しなければ新規作成します。
* `’r+’`: ファイルが存在しなければ `FileNotFoundError` となります。既存の内容を消去せずに、読み書き可能にします。
まとめ
Pythonでファイル操作を行う際には、`open()` 関数でファイルを適切なモードで開き、`with` ステートメントを使用して自動的にファイルを閉じるのが一般的かつ推奨される方法です。読み込みには `read()`, `readline()`, `readlines()`, またはイテレータとしてのファイルオブジェクトを利用し、書き込みには `write()`, `writelines()` を使用します。バイナリデータを扱う場合は、モードに `’b’` を追加し、バイト列として扱います。`seek()` と `tell()` メソッドは、ファイル内の特定の位置にアクセスしたい場合に役立ちます。これらの基本を理解することで、Pythonで様々なファイル操作を効率的に行うことができます。
