Python os.lseek 函数

上次修改时间：2025 年 4 月 11 日

本综合指南探讨了 Python 的 os.lseek 函数，该函数用于更改文件位置以便读取/写入。我们将介绍定位模式、偏移量处理以及实际的文件操作示例。

基本定义

os.lseek 函数更改文件描述符的文件位置。它是一个底层操作，类似于 C 库的 lseek。

关键参数：fd（文件描述符），pos（偏移量），whence（参考点：SEEK_SET，SEEK_CUR，SEEK_END）。返回新的绝对位置。

从文件开头定位

SEEK_SET 模式从文件开头定位。此示例演示了通过定位到绝对位置来读取文件的特定部分。

seek_from_start.py

import os

# Create a test file
with open("data.bin", "wb") as f:
    f.write(b"ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ")

# Open and seek
fd = os.open("data.bin", os.O_RDONLY)
os.lseek(fd, 10, os.SEEK_SET)  # Seek to 11th byte (0-based)
data = os.read(fd, 5)
print(f"Read from position 10: {data.decode()}")  # KLMNO

os.close(fd)

这会创建一个包含字母表的二进制文件，然后定位到位置 10。读取操作从“K”开始，并向前读取 5 个字节。

请记住，文件位置在 Python 中是从 0 开始的。SEEK_SET，pos=0 是文件开头。

从当前位置搜索

SEEK_CUR 模式相对于当前位置进行定位。这允许向前/向后移动，而无需知道绝对位置。

seek_from_current.py

import os

fd = os.open("data.bin", os.O_RDONLY)

# Initial read
data = os.read(fd, 5)
print(f"First 5 bytes: {data.decode()}")  # ABCDE

# Seek forward 5 bytes
os.lseek(fd, 5, os.SEEK_CUR)
data = os.read(fd, 5)
print(f"Next 5 bytes: {data.decode()}")  # KLMNO

# Seek backward 10 bytes
os.lseek(fd, -10, os.SEEK_CUR)
data = os.read(fd, 5)
print(f"Rewound 10 bytes: {data.decode()}")  # FGHIJ

os.close(fd)

这显示了从当前位置向前和向后定位。第二个 seek 从当前位置向后移动 10 个字节。

负偏移量向后移动，正偏移量向前移动。该位置不能在文件开头之前。

从文件末尾定位

SEEK_END 模式相对于文件末尾进行定位。这对于追加或读取文件末尾而无需知道其确切大小非常有用。

seek_from_end.py

import os

fd = os.open("data.bin", os.O_RDONLY)

# Get file size by seeking to end
file_size = os.lseek(fd, 0, os.SEEK_END)
print(f"File size: {file_size} bytes")  # 26

# Read last 5 bytes
os.lseek(fd, -5, os.SEEK_END)
data = os.read(fd, 5)
print(f"Last 5 bytes: {data.decode()}")  # VWXYZ

# Seek beyond end (creates 'hole' in sparse files)
new_pos = os.lseek(fd, 100, os.SEEK_END)
print(f"New position: {new_pos}")  # 126

os.close(fd)

这演示了通过定位到末尾来获取文件大小、读取最后几个字节以及定位到超出末尾（这可能会创建稀疏文件）。

定位到超出末尾不会立即分配空间。该文件看起来更大，但在数据写入特定位置之前不会使用磁盘空间。

修改文件内容

将 lseek 与写入操作相结合可以实现精确的文件修改。此示例显示了就地更新，而无需重写整个文件。

modify_file.py

import os

# Create initial file
with open("records.dat", "wb") as f:
    f.write(b"RECORD1DATAXXXXX")

# Open for read-write
fd = os.open("records.dat", os.O_RDWR)

# Update specific record
os.lseek(fd, 7, os.SEEK_SET)  # Position after "RECORD1"
os.write(fd, b"UPDATED")

# Verify change
os.lseek(fd, 0, os.SEEK_SET)
data = os.read(fd, 20)
print(f"Modified content: {data.decode()}")  # RECORD1UPDATEDXX

os.close(fd)

这会创建一个带有占位符数据的文件，然后定位到位置 7 以覆盖部分内容。文件的其余部分保持不变。

对于固定长度的记录文件，lseek 提供了高效的随机访问，而无需加载整个文件。

处理大文件

os.lseek 支持大文件（>2GB），通过返回和接受 64 位偏移量。此示例演示了处理大文件位置。

large_files.py

import os

# Create a large sparse file (doesn't use actual disk space)
fd = os.open("large.bin", os.O_WRONLY | os.O_CREAT, 0o644)
os.lseek(fd, 2**32, os.SEEK_SET)  # 4GB position
os.write(fd, b"END")
os.close(fd)

# Verify the large file
fd = os.open("large.bin", os.O_RDONLY)
size = os.lseek(fd, 0, os.SEEK_END)
print(f"File size: {size} bytes")  # 4294967299 (4GB + 3 bytes)

# Read the written data
os.lseek(fd, 2**32, os.SEEK_SET)
data = os.read(fd, 3)
print(f"Data at 4GB offset: {data.decode()}")  # END

os.close(fd)

这会创建一个在 4GB 偏移量处具有数据的稀疏文件。在将数据写入特定位置之前，实际磁盘使用量非常小。

在大多数现代系统中，Python 的 os.lseek 支持最大 2^63-1 字节（8艾字节）的文件大小。

查找当前位置

使用偏移量 0 和 SEEK_CUR 调用 lseek 会返回当前位置，而不会更改它。这对于位置跟踪非常有用。

current_position.py

import os

fd = os.open("data.bin", os.O_RDONLY)

# Initial position
pos = os.lseek(fd, 0, os.SEEK_CUR)
print(f"Initial position: {pos}")  # 0

# Read some data
os.read(fd, 10)

# Check new position
pos = os.lseek(fd, 0, os.SEEK_CUR)
print(f"After reading 10 bytes: {pos}")  # 10

# Seek and verify
os.lseek(fd, 5, os.SEEK_SET)
pos = os.lseek(fd, 0, os.SEEK_CUR)
print(f"After seeking to 5: {pos}")  # 5

os.close(fd)

这演示了在操作之间获取当前位置。无论之前的 seek 或读取操作如何，该技术都有效。

这在实现需要跟踪位置的复杂文件解析算法时特别有用。

错误处理

os.lseek 可能会为无效操作引发 OSError。此示例显示了针对各种边缘情况的正确错误处理。

error_handling.py

import os

try:
    # Invalid file descriptor
    os.lseek(999, 0, os.SEEK_SET)
except OSError as e:
    print(f"Error with bad fd: {e}")

try:
    # Seek before start
    fd = os.open("data.bin", os.O_RDONLY)
    os.lseek(fd, -1, os.SEEK_SET)
except OSError as e:
    print(f"Error seeking before start: {e}")
finally:
    os.close(fd)

try:
    # Directory seek (invalid)
    fd = os.open(".", os.O_RDONLY)
    os.lseek(fd, 10, os.SEEK_SET)
except OSError as e:
    print(f"Error seeking in directory: {e}")
finally:
    os.close(fd)

这显示了三种常见的错误情况：无效的描述符、无效的偏移量以及在目录中定位（不支持）。

在使用 lseek 等底层文件操作时，始终处理潜在的 OSError 异常。

安全注意事项

文件描述符： 确保有效的描述符以防止错误
边界检查： 验证偏移量以避免无效的 seek
并发访问： 其他进程可能会在操作之间修改文件
资源泄漏： 始终正确关闭文件描述符
平台差异： 行为可能因操作系统而异

最佳实践

谨慎使用： 尽可能首选高级文件对象
检查返回值： 验证 seek 后的新位置
处理错误： 捕获 OSError 以实现稳健的操作
记录位置： 清楚地跟踪文件位置的更改
清理： 在 finally 块中关闭描述符

资料来源

作者

我叫 Jan Bodnar，是一位充满热情的程序员，拥有丰富的编程经验。自 2007 年以来，我一直在撰写编程文章。迄今为止，我撰写了超过 1,400 篇文章和 8 本电子书。我拥有超过十年的编程教学经验。

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