[Python 標準函式庫 -1] 文件系統與 OS 環境大師：pathlib vs os

文件系統與 OS 環境大師：pathlib vs os

系列 02 – 用 Python 自由掌控資料夾與檔案

在開發程式時，創建檔案、搬移資料夾、確認路徑等操作不可或缺。Python 為此提供了兩種「理想方案」： - pathlib：優雅處理路徑的工具。 - os：掌控程式執行所在的作業系統環境。

若把 pathlib 視為路徑操作的明星，os 則是舞台後台的全能主管，負責燈光、音效、入口等。與其拋棄其中一者，不如根據需求同時使用，達到最乾淨的程式碼。

1. os 與 pathlib，究竟有何差異？

Python 3.4 以後，pathlib 的加入大幅提升了路徑處理的體驗。

• os / os.path
• 以 字串 方式處理路徑。
• 以函式為基礎的風格，若連結多段路徑會需要大量 os.path.join()、basename()、splitext() 等函式呼叫。

• 同時涵蓋 OS 功能（環境變數、進程、權限等）。

• pathlib

• 以 Path 物件 處理路徑。
• 透過 / 運算子與方法鏈結，程式碼更短、更直觀。
• 在檔案/資料夾搜尋、擴展名處理等「路徑工作」上更為方便。

2. 必備操作的程式碼對照

2.1 確認目前工作目錄並建立資料夾

import os
from pathlib import Path

# os 方式
current_os = os.getcwd()
if not os.path.exists("test_os"):
    os.makedirs("test_os")

# pathlib 方式
current_pl = Path.cwd()
Path("test_pl").mkdir(exist_ok=True)

提示：若程式碼中路徑頻繁出現，pathlib 更利於維護。

2.2 路徑連結（差異最明顯的部分）

import os
from pathlib import Path

# os 方式
path_os = os.path.join("usr", "bin", "python")

# pathlib 方式（斜線運算子）
path_pl = Path("usr") / "bin" / "python"

路徑連結越多，pathlib 的可讀性越高。

3. 為何推薦使用 pathlib：路徑物件的力量

pathlib 的優勢不止於連結。當你需要取得檔案資訊時，差距更為明顯。

這些「小」差異累積起來，統一使用 pathlib 能讓團隊程式碼更整潔。

4. 實戰範例：尋找特定擴展名的檔案

以下示範如何在專案資料夾內搜尋所有 .txt 檔案。

from pathlib import Path

base_path = Path.cwd()
txt_files = list(base_path.rglob("*.txt"))  # 包含子資料夾的遞迴搜尋

for file in txt_files:
    print(f"檔名: {file.name}, 絕對路徑: {file.resolve()}")

只需一行 rglob()，即可完成遞迴搜尋。pathlib 在「尋找檔案」上表現卓越。

5. os 的獨門強項：作業系統環境的掌控

這裡才是兩者平衡的核心。 pathlib 是路徑專家，但 os 才能操作作業系統本身。

5.1 讀寫環境變數（部署、保安、設定的關鍵）

隨著開發與運營環境變化，設定往往會被拆分為環境變數。

import os

# 讀取
db_url = os.environ.get("DATABASE_URL", "sqlite:///local.db")

# 寫入（通常只影響目前進程）
os.environ["APP_ENV"] = "production"

API 金鑰、執行模式、日誌等皆屬於 os 的範疇。

5.2 執行外部命令：直接「委託」OS

執行外部指令或管理進程本質上是 OS 功能。雖然 subprocess 更常用，但其底層仍是 os。

import os

# 簡易執行（回傳結束碼）
exit_code = os.system("echo hello")
print(exit_code)

更細緻的進程控制（執行、替換、分叉等）亦屬於 os。

5.3 權限、使用者、工作目錄等「環境本身」

• 權限變更（Unix 系統）：os.chmod()
• 變更工作目錄：os.chdir()
• 取得進程/使用者資訊：os.getpid() 等

這些功能 pathlib 無法取代，完全屬於 os 的專屬領域。

6. 結論：讓 pathlib 與 os 分工合作

• 路徑操作 / 檔案搜尋 / 檔名處理 → pathlib 更易讀、維護。
• 環境變數 / 進程 / 權限 / OS 功能 → os 承擔。

最佳實踐： - 處理路徑時一律使用 Path 物件。 - 需要與 OS 互動時，直接使用 os。

7. 小結

• pathlib 大幅提升檔案系統程式碼的可讀性與穩定性。
• os 負責管理作業系統環境。
• 正確的做法是 pathlib + os 的結合。

一句話總結：路徑/檔案工作用 pathlib，OS 環境控制用 os。

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