pathlib 库用起来真是爽！！

Posted 2021-08-30 K'illCode

前段时间，在使用新版本的 Django 时，我发现了 settings.py 的第一行代码从

import os
BASE_DIR = os.path.dirname(os.path.dirname(os.path.dirname(os.path.abspath(__file__))))

变成了

from pathlib import Path
BASE_DIR = Path(__file__).resolve().parent.parent

于是我就好奇，os 和 pathlib 同样是标准库，为什么 pathlib 得到了 Django 的青睐？

学习了一番 pathlib 之后，发现这是一个非常高效便捷的工具，用它来处理文件系统路径相关的操作最合适不过，集成了很多快捷的功能，提升你的编程效率，那是妥妥的。

接下来让一起看一下，为什么 pathlib 更值得我们使用。

pathlib vs os

话不多说，先看下使用对比：比如说

1. 打印当前的路径：

使用 os：

In [13]: import os

In [14]: os.getcwd()
Out[14]: '/Users/aaron'

使用 pathlib:

In [15]: from pathlib import Path

In [16]: Path.cwd()
Out[16]: PosixPath('/Users/aaron')
In [17]: print(Path.cwd())
/Users/aaron

使用 print 打印的结果是一样的，但 os.getcwd() 返回的是字符串，而 Path.cwd() 返回的是 PosixPath 类，你还可以对此路径进行后续的操作，会很方便。

1. 判断路径是否存在：

使用 os:

In [18]: os.path.exists("/Users/aaron/tmp")
Out[18]: True

使用 pathlib:

In [21]: tmp = Path("/Users/aaron/tmp")

In [22]: tmp.exists()
Out[22]: True

可以看出 pathlib 更易读，更面向对象。

1. 显示文件夹的内容

In [38]: os.listdir("/Users/aaron/tmp")
Out[38]: ['.DS_Store', '.hypothesis', 'b.txt', 'a.txt', 'c.py', '.ipynb_checkpoints']

In [39]: tmp.iterdir()
Out[39]: <generator object Path.iterdir at 0x7fa3f20d95f0>

In [40]: list(tmp.iterdir())
Out[40]:
[PosixPath('/Users/aaron/tmp/.DS_Store'),
 PosixPath('/Users/aaron/tmp/.hypothesis'),
 PosixPath('/Users/aaron/tmp/b.txt'),
 PosixPath('/Users/aaron/tmp/a.txt'),
 PosixPath('/Users/aaron/tmp/c.py'),
 PosixPath('/Users/aaron/tmp/.ipynb_checkpoints')]

可以看出 Path().iterdir 返回的是一个生成器，这在目录内文件特别多的时候可以大大节省内存，提升效率。

1. 通配符支持

os 不支持含有通配符的路径，但 pathlib 可以：

In [45]: list(Path("/Users/aaron/tmp").glob("*.txt"))
Out[45]: [PosixPath('/Users/aaron/tmp/b.txt'), PosixPath('/Users/aaron/tmp/a.txt')]

1. 便捷的读写文件操作

这是 pathlib 特有的：

f = Path('test_dir/test.txt'))
f.write_text('This is a sentence.')
f.read_text()

也可以使用 with 语句：

>>> p = Path('setup.py')
>>> with p.open() as f: f.readline()
...
'#!/usr/bin/env python3\\n'

1. 获取文件的元数据

In [56]: p = Path("/Users/aaron/tmp/c.py")

In [57]: p.stat()
Out[57]: os.stat_result(st_mode=33188, st_ino=35768389, st_dev=16777221, st_nlink=1, st_uid=501, st_gid=20, st_size=20, st_atime=1620633580, st_mtime=1620633578, st_ctime=1620633578)

In [58]: p.parts
Out[58]: ('/', 'Users', 'aaron', 'tmp', 'c.py')

In [59]: p.parent
Out[59]: PosixPath('/Users/aaron/tmp')

In [60]: p.resolve()
Out[60]: PosixPath('/Users/aaron/tmp/c.py')

In [61]: p.exists()
Out[61]: True

In [62]: p.is_dir()
Out[62]: False

In [63]: p.is_file()
Out[63]: True

In [64]: p.owner()
Out[64]: 'aaron'

In [65]: p.group()
Out[65]: 'staff'

In [66]: p.name
Out[66]: 'c.py'

In [67]: p.suffix
Out[67]: '.py'

In [68]: p.suffixes
Out[68]: ['.py']

In [69]: p.stem
Out[69]: 'c'

1. 路径的连接 join

相比 os.path.join，使用一个 / 是不是更为直观和便捷？

>>> p = PurePosixPath('foo')
>>> p / 'bar'
PurePosixPath('foo/bar')
>>> p / PurePosixPath('bar')
PurePosixPath('foo/bar')
>>> 'bar' / p
PurePosixPath('bar/foo')

当然，也可以使用 joinpath 方法

>>> PurePosixPath('/etc').joinpath('passwd')
PurePosixPath('/etc/passwd')
>>> PurePosixPath('/etc').joinpath(PurePosixPath('passwd'))
PurePosixPath('/etc/passwd')
>>> PurePosixPath('/etc').joinpath('init.d', 'apache2')
PurePosixPath('/etc/init.d/apache2')
>>> PureWindowsPath('c:').joinpath('/Program Files')
PureWindowsPath('c:/Program Files')

1. 路径匹配

>>> PurePath('a/b.py').match('*.py')
True
>>> PurePath('/a/b/c.py').match('b/*.py')
True
>>> PurePath('/a/b/c.py').match('a/*.py')
False

pathlib 出现的背景和要解决的问题

pathlib 目的是提供一个简单的类层次结构来处理文件系统的路径，同时提供路径相关的常见操作。那为什么不使用 os 模块或者 os.path 来实现呢？

许多人更喜欢使用 datetime 模块提供的高级对象来处理日期和时间，而不是使用数字时间戳和 time 模块 API。同样的原因，假如使用专用类表示文件系统路径，也会更受欢迎。

换句话说，os.path 是面向过程风格的，而 pathlib 是面向对象风格的。Python 也在一直在慢慢地从复制 C 语言的 API 转变为围绕各种常见功能提供更好，更有用的抽象。

其他方面，使用专用的类处理特定的需求也是很有必要的，例如 Windows 路径不区分大小写。

在这样的背景下，pathlib 在 Python 3.4 版本加入标准库。

pathlib 的优势和劣势分别是什么

pathlib 的优势在于考虑了 Windows 路径的特殊性，同时提供了带 I/O 操作的和不带 I/O 操作的类，使用场景更加明确，API 调用更加易懂。

先看下 pathlib 对类的划分：

图中的箭头表示继承自，比如 Path 继承自 PurePath，PurePath 表示纯路径类，只提供路径常见的操作，但不包括实际 I/O 操作，相对安全；Path 包含 PurePath 的全部功能，包括 I/O 操作。

PurePath 有两个子类，一个是 PureWindowsPath，表示 Windows 下的路径，不区分大小写，另一个是 PurePosixPath，表示其他系统的路径。有了 PureWindowsPath，你可以这样对路径进行比较：

from pathlib import PureWindowsPath
>>> PureWindowsPath('a') == PureWindowsPath('A')
True

PurePath 可以在任何操作系统上实例化，也就是说与平台无关，你可以在 unix 系统上使用 PureWindowsPath，也可以在 Windows 系统上使用 PurePosixPath，他们还可以相互比较。

>>> from pathlib import PurePosixPath, PureWindowsPath, PosixPath  
>>> PurePosixPath('a') == PurePosixPath('b')
False
>>> PurePosixPath('a') < PurePosixPath('b')
True
>>> PurePosixPath('a') == PosixPath('a')
True
>>> PurePosixPath('a') == PureWindowsPath('a')
False

可以看出，同一个类可以相互比较，不同的类比较的结果是 False。

相反，包含 I/O 操作的类 PosixPath 及 WindowsPath 只能在对应的平台实例化：

In [8]: from pathlib import PosixPath,WindowsPath

In [9]: PosixPath('a')
Out[9]: PosixPath('a')

In [10]: WindowsPath('a')
---------------------------------------------------------------------------
NotImplementedError                       Traceback (most recent call last)
<ipython-input-10-cc7a0d86d4ed> in <module>
----> 1 WindowsPath('a')

/Library/Frameworks/Python.framework/Versions/3.8/lib/python3.8/pathlib.py in __new__(cls, *args, **kwargs)
   1038         self = cls._from_parts(args, init=False)
   1039         if not self._flavour.is_supported:
-> 1040             raise NotImplementedError("cannot instantiate %r on your system"
   1041                                       % (cls.__name__,))
   1042         self._init()

NotImplementedError: cannot instantiate 'WindowsPath' on your system

In [11]:

要说劣势，如果有的话，那就是在选择类时会比较困惑，到底用哪一个呢？其实如果你不太确定的话，用 Path 就可以了，这也是它的名称最短的原因，因为更加常用，短点的名称编写的更快。

适用的场景

如果要处理文件系统相关的操作，选 pathlib 就对了。

一些关键点

获取家目录：

In [70]: from pathlib import Path

In [71]: Path.home()
Out[71]: PosixPath('/Users/aaron')

父目录的层级获取：

>>> p = PureWindowsPath('c:/foo/bar/setup.py')
>>> p.parents[0]
PureWindowsPath('c:/foo/bar')
>>> p.parents[1]
PureWindowsPath('c:/foo')
>>> p.parents[2]
PureWindowsPath('c:/')

获取多个文件后缀：

>>> PurePosixPath('my/library.tar.gar').suffixes
['.tar', '.gar']
>>> PurePosixPath('my/library.tar.gz').suffixes
['.tar', '.gz']
>>> PurePosixPath('my/library').suffixes
[]

Windows 风格转 Posix:

>>> p = PureWindowsPath('c:\\\\windows')
>>> str(p)
'c:\\\\windows'
>>> p.as_posix()
'c:/windows'

获取文件的 uri：

>>> p = PurePosixPath('/etc/passwd')
>>> p.as_uri()
'file:///etc/passwd'
>>> p = PureWindowsPath('c:/Windows')
>>> p.as_uri()
'file:///c:/Windows'

判断是否绝对路径：

>>> PurePosixPath('/a/b').is_absolute()
True
>>> PurePosixPath('a/b').is_absolute()
False

>>> PureWindowsPath('c:/a/b').is_absolute()
True
>>> PureWindowsPath('/a/b').is_absolute()
False
>>> PureWindowsPath('c:').is_absolute()
False
>>> PureWindowsPath('//some/share').is_absolute()
True

文件名若有变化：

>>> p = PureWindowsPath('c:/Downloads/pathlib.tar.gz')
>>> p.with_name('setup.py')
PureWindowsPath('c:/Downloads/setup.py')

是不是非常方便？

技术的底层原理和关键实现

pathlib 并不是基于 str 的实现，而是基于 object 设计的，这样就严格地区分了 Path 对象和字符串对象，同时也用到了一点 os 的功能，比如 os.name，os.getcwd 等，这一点大家可以看 pathlib 的源码了解更多。

最后的话

本文分享了 pathlib 的用法，后面要处理路径相关的操作时，你应该第一时间想到 pathlib，不会用没有关系，搜索引擎所搜索 pathlib 就可以看到具体的使用方法。

虽然 pathlib 比 os 库更高级，更方便并且提供了很多便捷的功能，但是我们仍然需要知道如何使用 os 库，因为 os 库是 Python 中功能最强大且最基本的库之一，但是，在需要一些文件系统操作时，强烈建议使用 pathlib。