1. 基本的なファイル操作

Pythonでファイルを操作するには、open()関数を使用します。基本的な使い方は以下の通りです。

ファイルの読み込み

# 基本的な読み込み
with open('example.txt', 'r', encoding='utf-8') as f:
    content = f.read()
    print(content)

with文を使用することで、ファイルを自動的に閉じてくれるため、メモリリークを防ぐことができます。これはPythonのベストプラクティスです。

参考リンク： Python公式ドキュメント - ファイル操作

ファイルへの書き込み

# ファイルを書き込みモードで開く（既存の内容は上書きされる）
with open('example.txt', 'w', encoding='utf-8') as f:
    f.write('Hello, World!')
    f.write('\n2行目')  # 改行を追加

追記モード

# ファイルに追記する（既存の内容は保持される）
with open('example.txt', 'a', encoding='utf-8') as f:
    f.write('\n追加のテキスト')

2. ファイルモードの種類

Pythonのopen()関数では、様々なモードを指定できます。

| モード | 説明 | ファイルが存在しない場合 |
|--------|------|--------------------------|
| 'r' | 読み込み（デフォルト） | エラー |
| 'w' | 書き込み | 新規作成 |
| 'a' | 追記 | 新規作成 |
| 'x' | 排他的作成 | エラー（既に存在する場合） |
| 'r+' | 読み書き | エラー |
| 'w+' | 読み書き（既存ファイルは削除） | 新規作成 |
| 'a+' | 読み書き（追記モード） | 新規作成 |

# バイナリモード（画像ファイルなど）
with open('image.jpg', 'rb') as f:
    image_data = f.read()

# テキストモード（デフォルト）
with open('text.txt', 'rt') as f:
    text_data = f.read()

3. エンコーディングの重要性

日本語などのマルチバイト文字を扱う際は、エンコーディングの指定が重要です。

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

# エンコーディングを指定しないと、システムのデフォルトが使用される
# Windowsでは 'cp932'（Shift_JIS）がデフォルトの場合がある
with open('japanese.txt', 'r', encoding='utf-8') as f:
    content = f.read()
    print(content)  # こんにちは、世界！

注意点： エンコーディングを間違えると、文字化けが発生します。特にWindows環境では注意が必要です。

参考リンク： Python公式ドキュメント - エンコーディング

4. ファイルの読み込み方法

ファイルの読み込みには、いくつかの方法があります。用途に応じて使い分けましょう。

read() - ファイル全体を読み込む

# 小さなファイルの場合
with open('small_file.txt', 'r', encoding='utf-8') as f:
    content = f.read()
    print(content)

readline() - 1行ずつ読み込む

# 1行ずつ処理する場合
with open('large_file.txt', 'r', encoding='utf-8') as f:
    line = f.readline()
    while line:
        print(line.strip())  # strip()で改行文字を削除
        line = f.readline()

readlines() - すべての行をリストとして読み込む

# すべての行をリストとして取得
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）

# メモリ効率が良い方法（大きなファイルに適している）
with open('large_file.txt', 'r', encoding='utf-8') as f:
    for line in f:
        print(line.strip())

5. エラーハンドリング

ファイル操作では、様々なエラーが発生する可能性があります。適切なエラーハンドリングを実装しましょう。

import os

def safe_read_file(filename):
    """安全にファイルを読み込む関数"""
    try:
        # ファイルが存在するか確認
        if not os.path.exists(filename):
            raise FileNotFoundError(f'ファイルが見つかりません: {filename}')
        
        # ファイルを読み込む
        with open(filename, 'r', encoding='utf-8') as f:
            content = f.read()
        return content
    
    except FileNotFoundError as e:
        print(f'エラー: {e}')
        return None
    
    except PermissionError:
        print(f'エラー: ファイルへのアクセス権限がありません: {filename}')
        return None
    
    except UnicodeDecodeError:
        print(f'エラー: ファイルのエンコーディングが正しくありません: {filename}')
        return None
    
    except Exception as e:
        print(f'予期しないエラーが発生しました: {e}')
        return None

# 使用例
content = safe_read_file('example.txt')
if content:
    print(content)

6. CSVファイルの操作

Pythonの標準ライブラリcsvモジュールを使用すると、CSVファイルを簡単に扱えます。

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)

# 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', '職業'])
    writer.writerow(['田中', 25, 'エンジニア'])
    writer.writerow(['佐藤', 30, 'デザイナー'])

# 辞書形式でCSVを扱う
with open('data.csv', 'r', encoding='utf-8') as f:
    reader = csv.DictReader(f)
    for row in reader:
        print(row['名前'], row['年齢'])

参考リンク： Python公式ドキュメント - csvモジュール

7. JSONファイルの操作

JSONファイルの読み書きには、jsonモジュールを使用します。

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': '田中',
    'age': 25,
    'hobbies': ['読書', 'プログラミング']
}

with open('output.json', 'w', encoding='utf-8') as f:
    json.dump(data, f, ensure_ascii=False, indent=2)
    # ensure_ascii=False: 日本語を正しく出力
    # indent=2: 見やすい形式で出力

参考リンク： Python公式ドキュメント - jsonモジュール

8. パフォーマンス最適化

大きなファイルを扱う際は、パフォーマンスを考慮する必要があります。

バッファサイズの調整

# デフォルトのバッファサイズ（約8KB）
with open('large_file.txt', 'r', encoding='utf-8') as f:
    content = f.read()

# バッファサイズを指定（大きなファイルの場合）
with open('large_file.txt', 'r', encoding='utf-8', buffering=65536) as f:
    content = f.read()

チャンクごとに読み込む

# 大きなファイルをチャンクごとに読み込む
def read_in_chunks(file_path, chunk_size=8192):
    """大きなファイルをチャンクごとに読み込む"""
    with open(file_path, 'r', encoding='utf-8') as f:
        while True:
            chunk = f.read(chunk_size)
            if not chunk:
                break
            yield chunk

# 使用例
for chunk in read_in_chunks('large_file.txt'):
    process_chunk(chunk)

9. 実践的な例：ログファイルの作成

import datetime
import os

def write_log(message, log_file='app.log'):
    """ログファイルにメッセージを書き込む"""
    timestamp = datetime.datetime.now().strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S')
    log_entry = f'[{timestamp}] {message}\n'
    
    with open(log_file, 'a', encoding='utf-8') as f:
        f.write(log_entry)

# 使用例
write_log('アプリケーションが起動しました')
write_log('ユーザーがログインしました')
write_log('エラーが発生しました: ファイルが見つかりません')

10. ベストプラクティス

1. **with文を必ず使用する：** ファイルを確実に閉じるため
2. エンコーディングを明示的に指定する： 特に日本語を扱う場合
3. エラーハンドリングを実装する： ファイルが見つからない場合などを考慮
4. 大きなファイルはイテレータを使用する： メモリ効率を考慮
5. **パスはpathlibモジュールを使用する：** クロスプラットフォーム対応

from pathlib import Path

# pathlibを使用したファイル操作（推奨）
file_path = Path('data') / 'example.txt'

if file_path.exists():
    with open(file_path, 'r', encoding='utf-8') as f:
        content = f.read()

参考リンク： Python公式ドキュメント - pathlib