Python os.write 函数

上次修改时间：2025 年 4 月 11 日

本综合指南探讨 Python 的 os.write 函数，该函数使用文件描述符执行底层文件写入。我们将介绍文件描述符、字节字符串、返回值和实际示例。

基本定义

os.write 函数将字节写入文件描述符。它是一种绕过 Python 文件对象层的底层操作。

主要参数：fd（文件描述符），data（类字节对象）。返回实际写入的字节数。需要正确的文件打开和权限。

基本文件写入

此示例演示了使用 os.write 将数据写入文件的最简单方法。我们首先打开文件以获取文件描述符。

basic_write.py

import os

# Open file and get file descriptor
fd = os.open("output.txt", os.O_WRONLY | os.O_CREAT)

# Write bytes to file
data = b"Hello, World!\n"
bytes_written = os.write(fd, data)
print(f"Wrote {bytes_written} bytes")

# Close file descriptor
os.close(fd)

该代码以只写访问模式打开文件，如果需要则创建文件，写入字节，然后关闭描述符。注意字节字面量的前缀 'b'。

始终关闭文件描述符以防止资源泄漏。返回值显示实际写入了多少字节。

写入多个块

可以多次调用 os.write 以分块写入数据。此示例显示了对同一文件描述符的顺序写入。

chunked_write.py

import os

fd = os.open("log.txt", os.O_WRONLY | os.O_CREAT | os.O_APPEND)

messages = [
    b"System started\n",
    b"Loading modules...\n",
    b"Initialization complete\n"
]

for msg in messages:
    bytes_written = os.write(fd, msg)
    print(f"Wrote {bytes_written} bytes")

os.close(fd)

我们以追加模式打开文件以保留现有内容。每个字符串都是单独写入的，并在每次写入后报告进度。

O_APPEND 标志确保写入操作转到文件末尾，即使其他进程同时写入该文件也是如此。

处理大型文件

对于大型文件，以固定大小的块写入数据是高效的。此示例演示了以较小的片段写入大型字节数组。

large_file_write.py

import os

# Generate 1MB of data
data = b"X" * (1024 * 1024)

fd = os.open("large_file.bin", os.O_WRONLY | os.O_CREAT)

chunk_size = 4096  # 4KB chunks
total_written = 0

for i in range(0, len(data), chunk_size):
    chunk = data[i:i + chunk_size]
    written = os.write(fd, chunk)
    total_written += written
    print(f"Written {total_written} bytes", end="\r")

os.close(fd)
print(f"\nTotal written: {total_written} bytes")

该代码以 4KB 的块写入 1MB 的文件。这种方法节省内存，并在操作期间提供进度反馈。

注意 print 中的回车符 (\r) 以更新同一行，从而创建进度指示器效果。

错误处理

os.write 可能会引发异常。此示例显示了针对常见场景（如磁盘已满或权限问题）的正确错误处理。

error_handling.py

import os
import errno

try:
    fd = os.open("protected.txt", os.O_WRONLY | os.O_CREAT)
    data = b"Attempting to write to protected file\n"
    
    try:
        bytes_written = os.write(fd, data)
        print(f"Successfully wrote {bytes_written} bytes")
    except OSError as e:
        if e.errno == errno.ENOSPC:
            print("Error: No space left on device")
        elif e.errno == errno.EBADF:
            print("Error: Bad file descriptor")
        else:
            print(f"Write error: {e}")
    finally:
        os.close(fd)
except PermissionError:
    print("Error: Permission denied for file creation")
except OSError as e:
    print(f"File open error: {e}")

该示例演示了嵌套的 try-except 块，以处理文件打开和写入阶段的不同错误场景。

特定的错误编号 (errno) 有助于识别确切的故障原因，以便进行适当的处理。

非阻塞 I/O

对于非阻塞文件描述符，os.write 可能会写入比请求的字节数更少的字节。此示例显示了如何处理部分写入。

non_blocking.py

import os
import errno

# Create a named pipe (run this only once)
if not os.path.exists("mypipe"):
    os.mkfifo("mypipe")

# Open in non-blocking mode
fd = os.open("mypipe", os.O_WRONLY | os.O_NONBLOCK)

data = b"X" * 65536  # Large chunk of data
total = len(data)
written = 0

try:
    while written < total:
        try:
            n = os.write(fd, data[written:])
            if n == 0:
                print("Write would block")
                break
            written += n
            print(f"Written {written}/{total} bytes")
        except OSError as e:
            if e.errno == errno.EAGAIN:
                print("Resource temporarily unavailable")
                break
            raise
finally:
    os.close(fd)

该代码演示了以非阻塞模式写入命名管道。它处理部分写入和管道已满时发生的 EAGAIN 错误。

非阻塞 I/O 对于在执行 I/O 操作时必须保持响应的应用程序非常有用。

二进制数据写入

os.write 是写入二进制数据的理想选择。此示例显示了如何使用 struct 模块写入结构化的二进制数据。

binary_data.py

import os
import struct

fd = os.open("data.bin", os.O_WRONLY | os.O_CREAT)

# Pack different data types into bytes
points = [
    struct.pack("ffi", 1.5, 2.5, 10),  # x, y, color
    struct.pack("ffi", 3.1, 4.2, 20),
    struct.pack("ffi", 5.0, 6.0, 30)
]

for point in points:
    os.write(fd, point)

os.close(fd)
print("Binary data written successfully")

该示例以二进制格式写入三个点（每个点包含两个浮点数和一个整数）。 struct.pack 将 Python 值转换为字节。

二进制文件写入在性能敏感的应用程序（如游戏或科学计算）中很常见。

标准输出写入

文件描述符 1 表示标准输出。此示例显示了使用 os.write 直接写入 stdout。

stdout_write.py

import os
import sys

# Method 1: Using file descriptor 1
os.write(1, b"Writing to stdout via file descriptor\n")

# Method 2: Using sys.stdout's fileno()
stdout_fd = sys.stdout.fileno()
os.write(stdout_fd, b"Writing via sys.stdout's descriptor\n")

# Method 3: Using os.fdopen
with os.fdopen(1, "wb") as f:
    f.write(b"Writing via fdopen wrapper\n")

该示例演示了三种写入 stdout 的方法。第一种方法使用众所周知的描述符编号 (1)，第二种方法使用 sys.stdout 的描述符。

当您需要绕过 Python 的缓冲或在较低级别工作时，直接 stdout 写入可能很有用。

安全注意事项

文件描述符： 必须正确打开和关闭
数据验证： 确保只写入预期的数据
错误处理： 始终检查返回值并处理错误
竞争条件： 文件状态可能会在操作之间发生变化
平台差异： 行为可能因操作系统而异

最佳实践

使用上下文管理器： 用于自动关闭描述符
检查返回值： 验证是否写入了所有字节
首选缓冲 I/O： 适用于大多数高级应用程序
处理部分写入： 尤其是在非阻塞模式下
清理资源： 始终关闭文件描述符

资料来源

作者

我叫 Jan Bodnar，是一位充满激情的程序员，拥有丰富的编程经验。自 2007 年以来，我一直撰写编程文章。迄今为止，我已撰写了超过 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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