批量重命名

正则替换、添加前缀/后缀、序号补零、按日期改名——Python + Shell 双方案，dry-run 防误操作。

文件系统底层原理

在深入脚本之前，先理解「重命名」在操作系统层面到底做了什么：

os.rename(old, new) 调用的是 rename() 系统调用。 它不移动文件数据——只在目录元数据中修改文件名指向同一个 inode（索引节点）。因此在同一文件系统内，重命名是原子操作且速度极快（O(1) 时间复杂度），与文件大小无关。跨文件系统重命名则退化为"复制+删除"——os.rename 会自动失败，需改用 shutil.move。

inode 解释：Linux 文件系统中，文件名和数据是分离的。文件名存在目录中（目录本身也是文件），指向一个 inode；inode 存储文件的实际元数据（大小、权限、时间戳、数据块位置）。改文件名 = 修改目录条目中的 inode 指针——完全不触碰文件数据。

pathlib.Path 是 Python 3.4+ 引入的面向对象路径库。相比 os.path 的字符串拼接方式，p.with_name() / p.with_suffix() / p.rename() 等方法链式可读，且自动处理不同操作系统的路径分隔符。

一、Python 批量重命名

1.1 基础模式：正则替换 + 前缀/后缀

Path.iterdir() 返回目录下所有条目的迭代器（惰性、不预加载全部文件名）。p.with_name(new) 替换文件名部分而保留路径前缀——这是保证重命名不会意外移动文件的关键。

#!/usr/bin/env python3
"""批量重命名——核心：rename() 原子系统调用"""
import os, re
from pathlib import Path

def rename_by_pattern(directory, pattern, replacement):
    """正则替换文件名——(group) 捕获组在 replacement 中可用 \\1 引用"""
    for p in Path(directory).iterdir():
        if p.is_file():
            new_name = re.sub(pattern, replacement, p.name)
            if new_name != p.name:
                p.rename(p.with_name(new_name))
                print(f"  {p.name} → {new_name}")

def add_prefix(directory, prefix):
    """批量添加前缀——常用于标记备份文件"""
    for p in Path(directory).iterdir():
        if p.is_file():
            p.rename(p.with_name(f"{prefix}{p.name}"))
            print(f"  → {prefix}{p.name}")

def add_suffix(directory, suffix):
    """添加后缀但保留扩展名——p.stem(去掉扩展名) + suffix + p.suffix(扩展名)"""
    for p in Path(directory).iterdir():
        if p.is_file():
            new_name = f"{p.stem}{suffix}{p.suffix}"
            p.rename(p.with_name(new_name))
            print(f"  → {new_name}")

为什么用 p.stem 和 p.suffix？ Path.name = 完整文件名 "my_file_v2.tar.gz"；Path.stem = "my_file_v2.tar"；Path.suffix = ".gz"。理解这个拆分才能准确地"在扩展名之前插入"——许多新手直接在 p.name 前面插字符串，结果后缀变成了 .jpg_v2。

1.2 实用模式：序号补零 / 删除字符 / 扩展名替换

序号补零的数学依据：如果文件总数是 N，补零位数 = ⌈log₁₀(N+1)⌉。例如 150 个文件需要 3 位（001-150）。代码中 len(str(len(files))) 即实现此计算。

#!/usr/bin/env python3
import os
from pathlib import Path

def number_files(directory, name_format="file_{:03d}"):
    """按名称排序编号——先 sorted 保证顺序一致，自动按文件数量补零"""
    files = sorted(Path(directory).iterdir(), key=lambda p: p.name)
    for i, p in enumerate(files, 1):
        if p.is_file():
            new = p.with_name(f"{name_format.format(i)}{p.suffix}")
            p.rename(new)
            print(f"  {p.name} → {new.name}")

def remove_chars(directory, chars):
    """批量删除文件名中的指定字符——空格、特殊字符清洗"""
    for p in Path(directory).iterdir():
        new_name = p.name
        for ch in chars:
            new_name = new_name.replace(ch, '')
        if new_name != p.name:
            p.rename(p.with_name(new_name))
            print(f"  {p.name} → {new_name}")

def replace_extension(directory, old_ext, new_ext):
    """批量替换扩展名: .jpeg → .jpg——注意大小写！"""
    old, new = f'.{old_ext.lstrip(".")}', f'.{new_ext.lstrip(".")}'
    for p in Path(directory).glob(f'*{old}'):
        p.rename(p.with_suffix(new))

1.3 按日期信息改名

os.path.getmtime() 返回的修改时间是一个 Unix 时间戳（自 1970-01-01 起的秒数，浮点型）。datetime.fromtimestamp() 将其转为可读格式。需要注意：mtime 在复制文件时通常保留源文件时间（取决于复制工具）——所以下载的照片可能仍显示拍摄时间。

#!/usr/bin/env python3
from pathlib import Path
from datetime import datetime
import os

def rename_by_mtime(directory, date_format="%Y%m%d_%H%M%S"):
    """按文件修改时间改名，存在同名文件时自动跳过"""
    for p in Path(directory).iterdir():
        if p.is_file():
            mtime = os.path.getmtime(p)
            date_str = datetime.fromtimestamp(mtime).strftime(date_format)
            new = p.with_name(f"{date_str}{p.suffix}")
            if not new.exists():
                p.rename(new)
                print(f"  → {new.name}")

二、CLI 工具：防误操作的 dry-run

设计哲学：批量重命名是不可逆操作——没有"撤销重命名"。因此 CLI 工具默认只预览、不执行（dry-run 模式），加 -x 才真正改名。这是所有批量操作工具的核心安全设计。

#!/usr/bin/env python3
import sys, re
from pathlib import Path

def batch_rename(directory, pattern, replacement, execute=False):
    files = sorted(Path(directory).glob('*'))
    renamed = 0
    for p in files:
        if not p.is_file(): continue
        new_name = re.sub(pattern, replacement, p.name)
        if new_name != p.name:
            new_path = p.with_name(new_name)
            if execute:
                p.rename(new_path)
            ren = '✅' if execute else '🔍'
            print(f"  {ren} {p.name} → {new_name}")
            # 预检查：目标文件是否已存在——存在则 rename 会覆盖它
            if new_path.exists() and not execute:
                print(f"     ⚠️  目标已存在，将跳过")
            renamed += 1
    print(f"{'已' if execute else '预览——'}改名 {renamed} 个文件，加 -x 确认执行")

if __name__ == '__main__':
    if len(sys.argv) < 3:
        print("用法: rename.py <目录> <正则模式> <替换> [-x]")
        sys.exit(1)
    batch_rename(sys.argv[1], sys.argv[2],
                 sys.argv[3] if len(sys.argv)>3 else '',
                 '-x' in sys.argv)

三、Shell 方案

Shell 的 mv 同样调用 rename() 系统调用。rename 命令（Perl 版）在处理大量文件时比 for+mv 快，因为它对通配符展开和循环做了内部优化。

#!/bin/bash

# ===== rename (Perl 版)——正则重命名，内部用 eval 批量执行 =====
rename 's/IMG_/photo_/' *.jpg            # IMG_001→photo_001
rename 's/ +/_/g' *                       # 空格→下划线（冒泡排序式遍历）
rename 'y/A-Z/a-z/' *                     # 大写→小写（y/ 是 tr 操作符）

# ===== for + mv 基础操作 =====
for f in *; do mv "$f" "backup_$f"; done
i=1; for f in *.jpg; do mv "$f" "$(printf "photo_%03d.jpg" $i)"; ((i++)); done
for f in *\ *; do mv "$f" "${f// /_}"; done   # bash 内建字符串替换