文件操作和IO

一、文件的含义

1. 狭义的文件

• 定义：硬盘上的文件（如 .txt、.docx）及其保存文件的目录（即“文件夹”）。
• 文件夹 ≈ 目录

2. 广义的文件

• 定义：操作系统中，很多硬件设备和软件资源都被当作“文件”来管理。
• 举例：
  • 标准输入（键盘）：stdin
  • 标准输出（控制台）：stdout
  • 打印机、网卡等设备

3. Java中的标准输入输出

• 标准输入：System.in
• 标准输出：System.out

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二、文件的类型

1. 文本文件 vs 二进制文件

类型	特点	举例
文本文件	只包含可直接阅读的字符，能用记事本等直接打开	.txt、.java、.c
二进制文件	内容不可直接阅读，包含非文本数据，直接打开会乱码	.exe、.mp3、.docx、.class

• 本质：所有文件底层都是二进制数据，文本文件能通过字符编码表（如UTF-8、GBK）正确转换为字符。

2. 判断文件类型的方法

• 简单粗暴法：用记事本打开，能正常阅读为文本文件，否则为二进制文件。

3. 编码方式（字符集）

• 文本文件需指定字符编码（如UTF-8/GBK）才能正确解析内容。

4. C语言文件操作举例

• fopen("c:/test.txt", "r")：文本模式
• fopen("c:/test.txt", "rb")：二进制模式

5. Java对文本文件的处理

• Java读取文本文件时会自动进行编码转换，将底层二进制内容转为字符。
• 读取二进制文件则没有这种转换。

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三、文件的操作分类

1. 文件系统操作

• 创建/删除文件、创建/删除目录、重命名、判断文件是否存在等。

2. 文件内容操作

• 读文件、写文件。

3. 各语言支持

• C语言：标准库不直接支持文件系统操作，需调用操作系统API。
• C++：2017年后标准库支持文件系统操作。
• Java：File类专门用于文件系统操作。

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四、Java File类详解

1. File类的作用

• 用于表示硬盘上的文件或目录（无论是否存在）。

2. 常用构造方法

构造方法	说明
File(String pathname)	通过路径创建File对象（可绝对、相对路径）
File(File parent, String child)	父目录对象+子路径
File(String parent, String child)	父目录路径+子路径

3. 常用API方法

方法	说明
getParent()	返回父目录路径
getName()	返回文件名
getPath()	返回文件路径
getAbsolutePath()	返回绝对路径
getCanonicalPath()	返回规范化绝对路径
exists()	判断文件是否真实存在
isDirectory()	是否为目录
isFile()	是否为普通文件
createNewFile()	创建文件
delete()	删除文件
deleteOnExit()	JVM结束时删除文件（常用于临时文件）
list()	返回目录下所有文件名字符串数组
listFiles()	返回目录下所有File对象数组
mkdir()/mkdirs()	创建目录/连同中间目录
renameTo(File dest)	文件重命名
canRead()/canWrite()	判断读/写权限

4. 路径与分隔符

• Windows：\
• Linux/Mac：/
• Java提供File.separator自动适配不同系统。

5. 相对路径的基准目录

• IDEA中运行：项目根目录
• 命令行运行：当前命令行所在目录
• 被其他进程调用：父进程目录
• 可用API修改：可通过相关API手动指定

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五、权限与临时文件

• 常见异常：
  • 空间不足（硬盘满）
  • 权限不足（无读/写权限）
• deleteOnExit()：常用于临时文件，JVM结束时自动删除。
• 实际应用：如word未保存时自动生成的临时文件。

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六、目录递归遍历

• list()、listFiles()：仅遍历当前目录
• 递归遍历：要遍历所有子目录及文件，需递归实现

void listAll(File dir) {File[] files = dir.listFiles();for(File f : files) {if(f.isDirectory()) {listAll(f); // 递归} else {System.out.println(f.getAbsolutePath());}}
}

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七、文件内容操作（IO流基础）

1. IO流的概念

• 流：数据像水流一样流动，按需分批读写。

• 把数据视为池中的水

  • 写 - 视为通过水龙头灌水 - 输出流
  • 读 - 视为水龙头接水 - 输入流

• 计算机中的输入输出,都是以 cpu 视角来谈的

  • 数据远离 cpu 就是输出
  • 数据靠近 cpu 就是输入

2. IO流分类

分类	字节流	字符流
输入流	InputStream	Reader
输出流	OutputStream	Writer
适用场景	二进制数据（图片、音频等）	文本数据（txt、csv等）

• 以InputStream/OutputStream结尾：字节流

• 以Reader/Writer结尾：字符流

• 资源泄露问题：不易察觉，长期积累会导致系统异常，养成良好关闭习惯。

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八、文件内容的操作

1. 打开文件

InputStream inputStream = new FileInputStream("./test.txt");

• 每打开一个文件，进程的文件描述符表会增加一个表项，资源有限。
• 未及时关闭文件会导致“文件资源泄露”，影响长期运行的程序。

2. 关闭文件

• **close()**方法释放文件描述符，防止资源泄露。

关闭文件的三种写法

(1) 直接close

适用于简单场景，进程即将结束。

InputStream inputStream = new FileInputStream("./test.txt");
inputStream.close();

(2) try-finally保证关闭

严谨做法，确保异常时也能释放资源。

InputStream inputStream = null;
try {inputStream = new FileInputStream("./test.txt");// 读写操作
} catch (IOException e) {e.printStackTrace();
} finally {try {if (inputStream != null) inputStream.close();} catch (IOException e) {throw new RuntimeException(e);}
}

(3) try-with-resources（推荐）

自动调用close，简洁安全，前提是实现了Closeable接口。

try() 里面可以写多个对象的构造过程

try (InputStream inputStream = new FileInputStream("./test.txt")) {// 读写操作
} catch (IOException e) {e.printStackTrace();
}

3. 读取文件

InputStream

方法

修饰符及返回值类型	方法签名	说明
int	read()	读取一个字节的数据，返回 -1 代表已经完全读完了
int	read(byte[] b)	最多读取 b.length 字节的数据到 b 中，返回实际读到的数量；-1 代表以及读完了
int	read(byte[] b, int off, int len)	最多读取 len - off 字节的数据到 b 中，放在从 off 开始，返回实际读到的数量；-1 代表以及读完了
void	close()	关闭字节流

InputStream 只是一个抽象类，要使用还需要具体的实现类。

关于 InputStream 的实现类有很多，基本可以认为不同的输入设备都可以对应一个 InputStream 类。我们现在只关心从文件中读取，所以使用 FileInputStream。

FileInputStream

构造方法

签名	说明
FileInputStream(File file)	利用 File 构造文件输入流
FileInputStream(String name)	利用文件路径构造文件输入流

读取文件的两种方法.相比较而言,后一种的IO次数更好,性能更好.

public static void main(String[] args) throws IOException {try(InputStream inputStream = new FileInputStream("./test.txt")) {while (true){int b=inputStream.read();if (b==-1){break;}System.out.printf("0x%x\n",b);}}
}

public static void main(String[] args) throws IOException {try(InputStream inputStream=new FileInputStream("./test.txt")){while (true){byte[] buffer=new byte[1024];int n= inputStream.read(buffer);if (n==-1){break;}for (int i = 0; i < n; i++) {System.out.printf("0x%x\n",buffer[i]);}}}
}

Reader

Reader也是相同的用法,一次读一个字符

public static void main(String[] args) throws IOException {try(Reader reader=new FileReader("./test.txt")){while (true){char[] buffer=new char[1024];int n= reader.read(buffer);if (n==-1){break;}for (int i = 0; i < n; i++) {System.out.println(buffer[i]);}}}
}

Reader是按字节读取（UTF-8编码）

• 每个汉字是 3 个字节。

而保存是 Java 中的 char

• 每个 char 是 2 个字节。

• 当用 char 表示汉字时，不再使用 UTF-8，而是使用 Unicode。

• 在 Unicode 中，一个汉字就是 2 个字节。

• 使用字符流读取数据时，Java 标准库会自动根据数据的编码进行转码。

Scanner

Scanner 里面可以填写文件的 InputStream

public static void main(String[] args) throws IOException {try(InputStream inputStream=new FileInputStream("./test.txt")){try (Scanner scanner =new Scanner(inputStream)){while (scanner.hasNext()){String s=scanner.next();System.out.println(s);}}}
}

OutputStream

修饰符及返回值类型	方法签名	说明
void	write(int b)	写入一个字节的数据
void	write(byte[] b)	将字节数组 b 中的所有数据写入输出流
int	write(byte[] b, int off, int len)	将字节数组 b 从 off 开始的 len 个数据写入输出流
void	close()	关闭字节流
void	flush()	刷新缓冲区，将数据真正写入设备中。 说明：I/O 速度慢，OutputStream 通常会用缓冲区临时存储数据，只有缓冲区满或调用 flush 时才真正写入设备。写完或合适时需调用 flush 以防数据遗留在缓冲区。

• OutputStream 只是一个抽象类，实际使用时需要具体实现类。
• 目前只关心写入文件，则使用 FileOutputStream。

public static void main(String[] args) throws IOException {// 要写入的数据String data = "你好，OutputStream！";// 将字符串转换为字节数组（UTF-8编码）byte[] bytes = data.getBytes();// 创建输出流，写入到文件 "output.txt"try (FileOutputStream fos = new FileOutputStream("output.txt")) {// 1. 写入一个字节（这里只写第一个字节）fos.write(bytes[0]);// 2. 写入整个字节数组fos.write(bytes);// 3. 写入字节数组的一部分（比如从第2个字节开始，写3个字节）fos.write(bytes, 1, 3);// 4. 刷新缓冲区fos.flush();// 5. 关闭流（try-with-resources会自动关闭）System.out.println("写入完成！");} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}
}

默认情况下，FileOutputStream会覆盖原有文件内容。如果你希望\追加内容而不是覆盖，可以使用它的一个特殊构造方法(append)。

FileOutputStream fos = new FileOutputStream("output.txt", true);

九、小程序练习

1. 扫描指定⽬录，并找到名称中包含指定字符的所有普通⽂件（不包含⽬录），并且后续询问⽤⼾是否要删除该⽂件

    public static void scan(File directory,String key,Scanner scanner){File[] files=directory.listFiles();for (File file:files){if (file==null){return;}// 如果是目录,则继续遍历if (file.isDirectory()){scan(file,key,scanner);}else{// 如果是文件,则开始查询String name=file.getName();if (name.contains(key)){System.out.println(name+"是否要删除此文件:Y/N");String choise=scanner.next();if (choise.equals("Y")||choise.equals("y")){file.delete();System.out.println("文件已删除");}else{System.out.println("文件未删除");}}}}}public static void main(String[] args) throws IOException {File directory =new File("C:\\Users\\24314\\Desktop\\test");try(Scanner scanner=new Scanner(System.in)){scan(directory,"test",scanner);}}

2. 普通⽂件的复制

public static void main(String[] args) throws IOException {// 普通文件的复制File srcFile = new File("C:\\Users\\24314\\Desktop\\test\\怠美.jpg");File destFile = new File("C:\\Users\\24314\\Desktop\\test\\怠美-复制.jpg");// 判断源文件是否存在if (!srcFile.exists()){System.out.println("源文件不存在");return;}// 判断复制文件是否存在if (destFile.exists()){System.out.println("目标文件已存在,将被覆盖");return;}// 读取源文件try(InputStream inputStream= new FileInputStream(srcFile);OutputStream outputStream=new FileOutputStream(destFile)){byte[] buffer=new byte[1024];while (true){int n=inputStream.read(buffer);if (n==-1){break;}outputStream.write(buffer,0,n);}}
}

3. 扫描指定⽬录，并找到名称或者内容中包含指定字符的所有普通⽂件（不包含⽬录）

public static void scan(File directory,String key) throws IOException {File[] files=directory.listFiles();if (files==null){return;}for (File file:files){if (file.isDirectory()){scan(file,key);}else{try(Reader reader=new FileReader(file)){char[] buffer=new char[1024];StringBuilder tmp=new StringBuilder();while (true){int n= reader.read(buffer);if (n==-1){break;}tmp.append(buffer,0,n);}if (tmp.toString().contains(key)){System.out.println("文件"+file.getName()+":"+tmp);System.out.println(file.getName());}}}}
}
public static void main(String[] args) throws IOException {File directory =new File("C:\\Users\\24314\\Desktop\\test");if (!directory.isDirectory()){System.out.println("目录不存在");return;}String key="test";scan(directory,key);
}

十、OJ题高效输入方案（IO优化）

1. 问题背景

• 使用Scanner时，数据量大容易超时——因为每次next都是一次IO操作。

2. 优化思路

• 用BufferedReader一次读入一整行，再用StringTokenizer分词，大幅减少IO次数。

3. 快速输入类模板

class Read {StringTokenizer st = new StringTokenizer("");BufferedReader bf = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));String next() throws IOException {while (!st.hasMoreTokens()) {st = new StringTokenizer(bf.readLine());}return st.nextToken();}String nextLine() throws IOException {return bf.readLine();}int nextInt() throws IOException {return Integer.parseInt(next());}long nextLong() throws IOException {return Long.parseLong(next());}double nextDouble() throws IOException {return Double.parseDouble(next());}
}

4. 优化原理

• Scanner：每次next都是一次IO，慢。
• BufferedReader+StringTokenizer：一次IO可获得多条数据，极大提升效率。

5. 实际应用

• OJ题、数据量大的输入场景，推荐使用该方案。