# 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 為此提供了兩個「正解」：
- **`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。

![機械與數位的結合](/media/editor_temp/6/dde8bc58-b467-4fe2-9370-24899d41a7bd.png)

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。

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## 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。
  - 函式式風格，若連結多段路徑會產生大量 `os.path.join()`、`basename()`、`splitext()` 等呼叫。
  - 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。

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## 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

```python
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。

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### 2.2 路徑連結（差異最明顯的部分）

```python
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。

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## 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。

| 功能 | `os.path` 方式 | `pathlib` 方式 |
|------|----------------|----------------|
| **檔名提取** | `os.path.basename(p)` | `p.name` |
| **去除擴展名的檔名** | `os.path.splitext(os.path.basename(p))[0]` | `p.stem` |
| **擴展名** | `os.path.splitext(p)[1]` | `p.suffix` |
| **父目錄** | `os.path.dirname(p)` | `p.parent` |

這些「小」差異累積起來，統一使用 `pathlib` 能讓團隊程式碼更整潔。

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## 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。

```python
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。

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## 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。

```python
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。

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### 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`。

```python
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`。

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### 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。

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## 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：
- 路徑全程使用 `Path`。
- 需要與 OS 互動時，直接使用 `os`。

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## 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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**相關文章：**

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