Pythonでファイルを読み書きする方法は？実践的なガイド

疑問

Pythonでファイルを読み書きするには、どのような方法があるのでしょうか？エラーハンドリングやパフォーマンスの最適化についても一緒に学んでいきましょう。

導入

Pythonでファイルを操作することは、プログラミングの基本スキルの一つです。データの保存や読み込み、ログファイルの作成、設定ファイルの読み書きなど、様々な場面でファイル操作が必要になります。

本記事では、Pythonのファイル操作の基礎から、実践的なテクニック、エラーハンドリング、パフォーマンス最適化まで、段階的に解説していきます。初心者の方でも理解できるよう、具体的なコード例を豊富に用意しました。

解説

# ファイルの読み込み
with open('example.txt', 'r', encoding='utf-8') as f:
    content = f.read()
    print(content)

# ファイルへの書き込み
with open('example.txt', 'w', encoding='utf-8') as f:
    f.write('Hello, World!\n')
    f.write('Pythonファイル操作')

# 追記モード
with open('example.txt', 'a', encoding='utf-8') as f:
    f.write('\n追記された内容')

# ファイルが存在しない場合の書き込み（新規作成）
with open('new_file.txt', 'w', encoding='utf-8') as f:
    f.write('新しいファイルの内容')

# 読み込みモード（テキスト）
with open('file.txt', 'r', encoding='utf-8') as f:
    content = f.read()

# 書き込みモード（テキスト）
with open('file.txt', 'w', encoding='utf-8') as f:
    f.write('内容')

# 追記モード（テキスト）
with open('file.txt', 'a', encoding='utf-8') as f:
    f.write('追記')

# 読み書きモード（テキスト）
with open('file.txt', 'r+', encoding='utf-8') as f:
    content = f.read()
    f.write('追加')

# バイナリ読み込みモード
with open('image.jpg', 'rb') as f:
    data = f.read()

# バイナリ書き込みモード
with open('image.jpg', 'wb') as f:
    f.write(data)

# 新規作成モード（存在しない場合のみ作成）
with open('new_file.txt', 'x', encoding='utf-8') as f:
    f.write('新規作成')

# UTF-8エンコーディングを指定
with open('japanese.txt', 'w', encoding='utf-8') as f:
    f.write('こんにちは、世界！')

# UTF-8で読み込み
with open('japanese.txt', 'r', encoding='utf-8') as f:
    content = f.read()
    print(content)  # こんにちは、世界！

# エンコーディングエラーの対処
with open('file.txt', 'r', encoding='utf-8', errors='ignore') as f:
    content = f.read()  # エラーを無視して読み込み

with open('file.txt', 'r', encoding='utf-8', errors='replace') as f:
    content = f.read()  # エラーを置換文字に置き換え

# read() - ファイル全体を読み込む
with open('file.txt', 'r', encoding='utf-8') as f:
    content = f.read()
    print(content)

# readline() - 1行ずつ読み込む
with open('file.txt', 'r', encoding='utf-8') as f:
    line = f.readline()
    while line:
        print(line.strip())
        line = f.readline()

# readlines() - すべての行をリストとして読み込む
with open('file.txt', 'r', encoding='utf-8') as f:
    lines = f.readlines()
    for line in lines:
        print(line.strip())

# イテレータとして読み込む（推奨）
with open('file.txt', 'r', encoding='utf-8') as f:
    for line in f:
        print(line.strip())

# 特定の行数だけ読み込む
with open('file.txt', 'r', encoding='utf-8') as f:
    for i, line in enumerate(f):
        if i >= 10:  # 最初の10行だけ
            break
        print(line.strip())

import os

# 基本的なエラーハンドリング
try:
    with open('file.txt', 'r', encoding='utf-8') as f:
        content = f.read()
except FileNotFoundError:
    print('ファイルが見つかりません')
except PermissionError:
    print('ファイルへのアクセス権限がありません')
except Exception as e:
    print(f'エラーが発生しました: {e}')

# ファイルの存在確認
if os.path.exists('file.txt'):
    with open('file.txt', 'r', encoding='utf-8') as f:
        content = f.read()
else:
    print('ファイルが存在しません')

# より詳細なエラーハンドリング
def read_file_safely(filename):
    try:
        with open(filename, 'r', encoding='utf-8') as f:
            return f.read()
    except FileNotFoundError:
        print(f'エラー: {filename} が見つかりません')
        return None
    except PermissionError:
        print(f'エラー: {filename} へのアクセス権限がありません')
        return None
    except Exception as e:
        print(f'予期しないエラー: {e}')
        return None

import csv

# CSVファイルの読み込み
with open('data.csv', 'r', encoding='utf-8') as f:
    reader = csv.reader(f)
    for row in reader:
        print(row)

# DictReaderを使用（ヘッダー行をキーとして使用）
with open('data.csv', 'r', encoding='utf-8') as f:
    reader = csv.DictReader(f)
    for row in reader:
        print(row['name'], row['age'])

# CSVファイルへの書き込み
with open('output.csv', 'w', encoding='utf-8', newline='') as f:
    writer = csv.writer(f)
    writer.writerow(['名前', '年齢', '都市'])
    writer.writerow(['Alice', '25', 'Tokyo'])
    writer.writerow(['Bob', '30', 'Osaka'])

# DictWriterを使用
with open('output.csv', 'w', encoding='utf-8', newline='') as f:
    fieldnames = ['name', 'age', 'city']
    writer = csv.DictWriter(f, fieldnames=fieldnames)
    writer.writeheader()
    writer.writerow({'name': 'Alice', 'age': '25', 'city': 'Tokyo'})
    writer.writerow({'name': 'Bob', 'age': '30', 'city': 'Osaka'})

import json

# JSONファイルの読み込み
with open('data.json', 'r', encoding='utf-8') as f:
    data = json.load(f)
    print(data)

# JSONファイルへの書き込み
data = {
    'name': 'Alice',
    'age': 25,
    'cities': ['Tokyo', 'Osaka']
}

with open('output.json', 'w', encoding='utf-8') as f:
    json.dump(data, f, ensure_ascii=False, indent=2)

# 文字列とJSONの変換
json_string = '{"name": "Alice", "age": 25}'
data = json.loads(json_string)  # 文字列から辞書へ
print(data)

json_output = json.dumps(data, ensure_ascii=False, indent=2)  # 辞書から文字列へ
print(json_output)

# 日本語を含むJSON
japanese_data = {
    '名前': '太郎',
    '年齢': 30,
    '都市': '東京'
}

with open('japanese.json', 'w', encoding='utf-8') as f:
    json.dump(japanese_data, f, ensure_ascii=False, indent=2)

# チャンクごとに読み込む
chunk_size = 1024 * 1024  # 1MB

with open('large_file.txt', 'r', encoding='utf-8') as f:
    while True:
        chunk = f.read(chunk_size)
        if not chunk:
            break
        # チャンクを処理
        process_chunk(chunk)

# バッファサイズの調整
with open('file.txt', 'r', encoding='utf-8', buffering=8192) as f:
    content = f.read()

# 行ごとに処理（メモリ効率が良い）
with open('large_file.txt', 'r', encoding='utf-8') as f:
    for line in f:
        process_line(line)

# バイナリファイルのチャンク読み込み
with open('large_binary.bin', 'rb') as f:
    while True:
        chunk = f.read(1024 * 1024)  # 1MBずつ
        if not chunk:
            break
        process_binary_chunk(chunk)

import datetime
import os

class SimpleLogger:
    def __init__(self, log_file='app.log'):
        self.log_file = log_file
    
    def log(self, message, level='INFO'):
        timestamp = datetime.datetime.now().strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S')
        log_entry = f'[{timestamp}] [{level}] {message}\n'
        
        with open(self.log_file, 'a', encoding='utf-8') as f:
            f.write(log_entry)
    
    def info(self, message):
        self.log(message, 'INFO')
    
    def error(self, message):
        self.log(message, 'ERROR')
    
    def warning(self, message):
        self.log(message, 'WARNING')

# 使用例
logger = SimpleLogger('app.log')
logger.info('アプリケーションが起動しました')
logger.warning('メモリ使用量が高いです')
logger.error('エラーが発生しました')

# ログローテーション機能付き
class RotatingLogger:
    def __init__(self, log_file='app.log', max_size_mb=10):
        self.log_file = log_file
        self.max_size = max_size_mb * 1024 * 1024  # MB to bytes
    
    def should_rotate(self):
        if not os.path.exists(self.log_file):
            return False
        return os.path.getsize(self.log_file) >= self.max_size
    
    def rotate(self):
        if os.path.exists(self.log_file):
            timestamp = datetime.datetime.now().strftime('%Y%m%d_%H%M%S')
            rotated_file = f'{self.log_file}.{timestamp}'
            os.rename(self.log_file, rotated_file)
    
    def log(self, message, level='INFO'):
        if self.should_rotate():
            self.rotate()
        
        timestamp = datetime.datetime.now().strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S')
        log_entry = f'[{timestamp}] [{level}] {message}\n'
        
        with open(self.log_file, 'a', encoding='utf-8') as f:
            f.write(log_entry)

import os

# ✅ ベストプラクティス1: with文の使用
with open('file.txt', 'r', encoding='utf-8') as f:
    content = f.read()
# ファイルは自動的に閉じられる

# ✅ ベストプラクティス2: エンコーディングの明示
with open('japanese.txt', 'w', encoding='utf-8') as f:
    f.write('日本語のテキスト')

# ✅ ベストプラクティス3: エラーハンドリング
def safe_read_file(filename):
    try:
        with open(filename, 'r', encoding='utf-8') as f:
            return f.read()
    except FileNotFoundError:
        print(f'{filename} が見つかりません')
        return None
    except Exception as e:
        print(f'エラー: {e}')
        return None

# ✅ ベストプラクティス4: 大きなファイルは行ごとに処理
with open('large_file.txt', 'r', encoding='utf-8') as f:
    for line in f:
        process_line(line)

# ✅ ベストプラクティス5: ファイルの存在確認
if os.path.exists('file.txt'):
    with open('file.txt', 'r', encoding='utf-8') as f:
        content = f.read()
else:
    print('ファイルが存在しません')

# ✅ ベストプラクティス6: パスの正規化
import os
file_path = os.path.join('data', 'file.txt')  # プラットフォーム非依存
with open(file_path, 'r', encoding='utf-8') as f:
    content = f.read()

まとめ

Pythonでファイルを操作するにはopen()関数を使用し、with文と組み合わせることで安全にファイルを扱えます。読み込みは'r'、書き込みは'w'、追記は'a'モードを使用します。

日本語などのマルチバイト文字を扱う際は、encoding='utf-8'の指定を忘れないようにしましょう。エラーハンドリングを適切に実装し、大きなファイルを扱う際はパフォーマンスも考慮することが重要です。

csvやjsonモジュールを使用することで、構造化されたデータも簡単に扱えます。実践的なプロジェクトで積極的に使用し、経験を積むことで、より高度なファイル操作が可能になります。