# 目录树与路径

## 定义

### 目录树

文件系统是操作系统中负责管理持久化数据的子系统，它把存储设备上的数据组织成**文件**和**目录**，让程序不必关心数据落在哪个扇区。许多系统将路径组织成以目录为节点的层次结构：

* **根目录**是树的起点。Windows中通常是盘符（如`C:\`），Unix/Linux中是 `/`。
* **目录**是可以包含文件和其他目录的容器。
* **文件**是存储数据的基本单元。
* **路径**是定位文件的地址。

```text title="一个目录树"
C:\ (根)
├── Windows/
├── Program Files/
└── Users/
    └── Alice/
        ├── Documents/
        │   ├── PythonProjects/
        │   │   ├── ProjectA/
        │   │   │   └── main.py
        │   │   └── DataAnalysis/
        │   │       └── data.csv
        └── Downloads/
```

Windows为每个盘符建立一棵独立的树，所以一台机器可以有多个根；Unix只在 `/` 处有一棵树，其他设备通过挂载接到树上。这个差别决定了路径怎么写，但两种系统里的目录都是树的节点。

### 路径

路径由沿途的目录名和最后的文件名拼成，分为两种：

| 类型   | 起点     | 例子                                  |
| :--- | :----- | :---------------------------------- |
| 绝对路径 | 根目录    | `C:\Users\Alice\Documents\file.txt` |
| 相对路径 | 当前工作目录 | `./DataAnalysis/data.csv`           |

`.` 表示当前目录，`..` 表示父目录。分隔符随系统不同：Windows用反斜杠 `\`，Unix用斜杠 `/`。在Python字符串里写Windows路径时，反斜杠要转义，或者改用原始字符串。

相对路径的起点是进程的当前工作目录，不是脚本文件所在的目录。同一个相对路径，从不同目录启动、或运行中切换了工作目录，就可能指向不同甚至不存在的文件。需要稳定定位时用绝对路径，或先根据脚本位置构造路径。

### 访问权限

名字之外，文件系统还为每个对象记录访问控制信息。Unix风格系统常用所有者、所属组和其他用户的读、写、执行权限位，也可能结合访问控制列表等机制。目录上的这三种权限含义与普通文件不同：

| 权限 | 对文件    | 对目录           |
| :- | :----- | :------------ |
| 读  | 读取内容   | 列出目录中的条目      |
| 写  | 修改内容   | 在目录中增删条目      |
| 执行 | 作为程序运行 | 进入该目录并访问其下的文件 |

Windows用访问控制列表（ACL）逐条记录允许和拒绝，概念上同样是“谁能对哪个对象做什么”。

打开文件时，模式说明这次要做什么，权限决定进程是否被允许这样做。因此打开失败不一定代表路径写错：文件不存在、路径中某一级目录不可进入、文件没有相应权限，都会让打开操作失败，区别只在错误码和异常类型。

## 例子

**相对路径随工作目录改变**

设当前工作目录是`C:\Users\Alice\Documents`。相对路径`PythonProjects\DataAnalysis\data.csv`指向上面的目录树里的`data.csv`，等价的绝对路径是`C:\Users\Alice\Documents\PythonProjects\DataAnalysis\data.csv`。

若进程改用`C:\Users\Alice\Downloads`作为工作目录，同一相对路径会去找`C:\Users\Alice\Downloads\PythonProjects\DataAnalysis\data.csv`，那里没有这个文件，打开时报错。文件本身没动，变的是解析起点。

## 交互探索

切换当前工作目录，比较相对路径和绝对路径的解析结果。

交互演示：工作目录改变后，路径指向哪里？。比较相对路径与绝对路径的解析。 请在站点操作演示。

## 练习

1. 在Unix风格路径中，下列哪个是绝对路径？

   * A.  `./data.csv`
   * B.  `../data.csv`
   * C.  `/home/alice/data.csv`
   * D.  `data.csv`

   答案：C

   Unix下以 `/` 开头的路径从根目录出发，与当前工作目录无关；其余三个都依赖当前工作目录。

2. 目录的“执行”权限允许进程做什么？

   * A.  列出目录中的条目
   * B.  读取目录下文件的内容
   * C.  进入该目录并访问其下的文件
   * D.  修改目录下文件的内容

   答案：C

   列出条目靠目录的读权限，增删条目靠写权限；执行权限允许穿过目录查找条目；访问目标文件还需要相应的文件权限。所以只有执行权限而没有读权限时，知道文件名仍可能打开文件，但无法列出目录。