【IO】文件操作

明天不吃。2024-07-06 23:09

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文章目录

  • [1. 文件](#1. 文件)
    • [1.1 认识文件](#1.1 认识文件)
    • [1.2 分清操作的是内存还是硬盘](#1.2 分清操作的是内存还是硬盘)
    • [1.3 路径](#1.3 路径)
      • [1.3.1 目录结构](#1.3.1 目录结构)
      • [1.3.2 相对和绝对路径](#1.3.2 相对和绝对路径)
    • [1.4 文本文件和二进制文件](#1.4 文本文件和二进制文件)
      • [1.4.1 含义](#1.4.1 含义)
      • [1.4.2 区分](#1.4.2 区分)
  • [2. 文件系统操作](#2. 文件系统操作)
    • [2.1 构造 File 对象](#2.1 构造 File 对象)
    • [2.2 File 提供的方法](#2.2 File 提供的方法)
  • [3. 文件内容操作](#3. 文件内容操作)
    • [3.1 分类](#3.1 分类)
    • [3.2 字节流 ------ InputStream和OutputSream的使用方法](#3.2 字节流 —— InputStream和OutputSream的使用方法)
    • [3.3 try with resources 用法](#3.3 try with resources 用法)
    • [3.4 字符流 ------ Reader和Writer的使用方法](#3.4 字符流 —— Reader和Writer的使用方法)
    • [3.5 如何实现读一行](#3.5 如何实现读一行)

1. 文件

1.1 认识文件

平时谈到的"文件"，指的都是硬盘上的文件

【知识回顾 】

硬盘(外存) 与 内存相比，从如下4个方面对比：

1）速度：内存比硬盘快很多

2）空间：内存空间比硬盘小

3）成本：内存比硬盘贵（随着时代的发展，目前内存也不算太贵啦）

4）持久化：内存掉电后数据丢失，硬盘掉电后数据仍在

1.2 分清操作的是内存还是硬盘

回顾我们之前写的代码，绝大部分都是围绕内存展开的，比如定义一个变量，其实就是在内存上申请空间，MySQL主要是操作硬盘

【IO】指的是输入和输出，I 是 input，O 是 output

文件IO 这里也是操作硬盘~ 有两种操作，如下：

1）文件系统操作：创建文件，删除文件，重命名文件，创建目录等等

2）文件内容操作：针对文件的内容进行读和写

1.3 路径

【路径 】即文件系统上一个文件/目录，具体的位置

目录 ==> 文件夹 (目录，即文件夹)

目录 ------ 计算机专业人士，专业术语

文件夹 ------ 通俗的说法（我们经常说的~）

1.3.1 目录结构

计算机的目录是层级结构 ，文件系统是以树型结构来组织文件和目录的 ，是N叉树 ，如下图所示：

从上图可以看到，文件路径 ，就是从树根节点出发，沿着树杈，一路往下走，到达目标文件，此时这个中间经过的内容

1.3.2 相对和绝对路径

Windows 都是从"此电脑" 开始的，表示路径时，可以把 "此电脑" 省略，直接从盘符开始表示

实际表示路径如下：

D:\QQ\Misc\QQApp

实际表示路径，是通过一个字符串表示，每个目录之间使用 \ （反斜杠） 或者 / (斜杆)

（注意：\ 反斜杠只是在Windows中适用，代码中需要写成 \ 需要转义，所有在代码中最好用 / 斜杠表示）

【绝对路径 】从盘符开始，一层一层往下找，这个过程中得到的路径为绝对路径

【相对路径 】从给定的某个目录出发，一层一层往下找，找得这个过程得到的路径为相对路径
注意!!! 相对路径一定要明确工作目录，即基准目录什么!!!

在具体一点来说儿~ 工作目录就是项目所在的目录，写相对路径就是以工作目录/基准目录为基准来展开的!!!

举个栗子，比如我要找一碗热干面，

我可以从宇宙出发，进行寻找，一直找宇宙 ------> 地球 ------> 中国 ------> 湖北 ------> 武汉... 找到热干面，这是绝对路径

我也可以直接从中国出发，一直找中国 ------> 湖北 ------> 武汉...找到热干面，这是相对路径

【路径举例 】

要找到USBCoInstaller.dill，绝对路径如下：
1）假设工作目录如下：

此时找到USBCoInstaller.dill 相对路径的表示：./32/USBCoInstaller.dill

2）假设工作目录如下：

此时找到USBCoInstaller.dill 相对路径的表示：./adbdrv/32/USBCoInstaller.dill

3）假设工作目录如下：

此时找到USBCoInstaller.dill 相对路径的表示：./LEmu/adbdrv/32/USBCoInstaller.dill

【补充说明 】

文件系统上，任何一个文件对应的路径是唯一的!!! 不会存在两个路径相同，但是文件不一样的情况

1）在Windows 系统上可以认为，路径和文件是一一对应的，路径就相当于一个文件的"身份标识"，具有唯一 性

2）在Linux 系统上，可能存在一个文件，有两个不同的路径能找到该文件

【总结 】

关于路径，是非常关键的~后面很多地方会涉及到路径，尤其是相对路径，相对路径一定要明确工作目录(基准目录)是什么，两者相比之下，绝对路径就可以理解成以"此电脑"为工作路径

1.4 文本文件和二进制文件

1.4.1 含义

【文本文件 】

存储的都是文本 ，文本文件内容都是由ASCII字符构成的 ，以下是ASCII字符表部分展示：
对于ASCII而言，表示范围0-127，随着时代发展，又有了其它的编码方式，如 utf8 之类的，就可以针对其它语言的文字符号进行编码，utf8 可以想象成一个更大的表，但是终究是有限的！
文本文件存储的数据就是遵守ASCII或者其它字符集编码，所得到的文件，本质上存的是字符，不仅仅是所说的char!!!

【二进制文件 】

存储的是二进制数据 ，没有任何字符集的限制，存什么都是可以的，不受限制!!!

1.4.2 区分

最简单粗暴的方式：直接使用记事本打开某个文件，通过其内容判断
如果能看懂这个文件，则是文本文件，
如果是一大堆乱码，看不懂的，则是二进制文件

（为什么会出现乱码，因为二进制都是一个个字节，记事本尝试把当前若干个字节的数据我那个 utf8 里面套，套出来是什么就是什么，套不出来的就是方块）

【常见的文本文件】

1）.txt

2）.java

3）.c

【常见的二进制文件】

1）.exe

2）.jpg

3）.mp3

4）.docx

5）.excel

如图所示，.java文件被记事本打开是可以看懂的内容，比如这些是导入包的代码语句，.java是文本文件

如图所示，.docx 文件被记事本打开是一大堆乱码，完全看不懂的内容，.docx 是二进制文件

2. 文件系统操作

文件系统操作，我们需要了解是怎么操作的，文件是存储在硬盘上的，直接通过代码操作硬盘，不是很方便，就在内存中创建一个对应的对象，通过操作这个内存中的对象，就可以间接影响到硬盘的文件情况~
所以，Java 标准库给我们提供了 File 这个类，File 对象是硬盘上的一个文件"抽象"的表示，通过代码对 File 对象的操作，间接影响硬盘的文件内容

打个形象的比方，这里的 File 对象相当于遥控器，我们可以通过控制遥控器，即通过代码操作 File 对象，来间接控制电视频道，即间接控制硬盘的文件

2.1 构造 File 对象

File类构造方法如下：

其中，最常用的还是第2种，构造的过程中，可以使用绝对路径/相对路径 进行初始化
注意：这个路径指向的文件，可以是真实存在的，也可以是不存在的!!! 这里是不受限制的~

创建 File 对象，需要导入该包

c 复制代码 
import java.io.File;

具体创建 File 对象过程如下：

c 复制代码 
public class IODemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        File file = new File("d:/student.txt");  
        //这里可以是相对路径，也可以是绝对路径
    }
}

2.2 File 提供的方法

这些方法，我们一看名字，就知道怎么用，很容易理解，不需要去记，在实践中掌握就可以啦~ 忘记或者不会的，查查就可以！

其中需要注意的是：

【Q】如果输入的路径，文件不存在，系统会自动创建一个文件吗？

【A】并不会，只有手动调用 createNewFile() 方法，才可以创建文件（注意文件是文件，目录是目录，区分开来!!!）

下面，我们进行代码的演示，以熟悉上述操作：

1）前面五种操作，返回值均为 boolean 类型

c 复制代码 
public class IODemo1 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {

        File file = new File("d:/student.txt");
        System.out.println(file.getParent());
        System.out.println(file.getName());
        System.out.println(file.getPath());
        System.out.println(file.getAbsoluteFile());
        System.out.println(file.getCanonicalFile());
    }
}

打印结果如下：

2）接下来的五种操作

c 复制代码 
public class IODemo2 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        File file = new File("./hello world.txt");

        System.out.println(file.exists());
        System.out.println(file.isDirectory());
        System.out.println(file.isAbsolute());

        //创建文件
        file.createNewFile();

        System.out.println(file.exists());
        System.out.println(file.isDirectory());
        System.out.println(file.isFile());

        //删除文件之后
        file.delete();
        System.out.println(file.exists());
    }
}

打印结果如下：

3）创建目录

c 复制代码 
public class IODemo3 {
    public static void main(String[] args) {
        File file = new File("test-dir/aaa/bbb");
        //只能创建1个目录
        //file.mkdir();
        //创建多级目录
        file.mkdirs();
    }
}

打印结果如下：可以在左侧看到，文件夹test-dir，创建了多级目录

4）罗列目录下的内容

c 复制代码 
public class IODemo4 {
    public static void main(String[] args) {
        File file = new File("test-dir");
        //罗列目录下的内容
        String[] result1 = file.list();
        System.out.println(Arrays.toString(result1));
        File[] result2 = file.listFiles();
        System.out.println(Arrays.toString(result2));
    }
}

打印结果如下：

5）修改文件名字

c 复制代码 
public class IODemo5 {
    public static void main(String[] args) {
        File src = new File("./test-dir");
        File dest = new File("./test123");
        src.renameTo(dest);
    }
}

打印结果如下：

以上是 File 类方法的一些基本操作演示，通过这些案例，我们更够更加熟悉叭~

3. 文件内容操作

3.1 分类

文件内容操作，提供了很多类，一组类，进行操作，分为两类

1）针对文本文件 ，提供了一组类，统称为"字符流 "

典型代表：Reader，Writer 读写的基本单位是 字符

2）针对二进制文件 ，提供了一组类，统称为"字节流 "

典型代表，InputStream，OutputSream 读写的基本单位是 字节

这里出现了一个"新"字 ------> "流"(stream)

比如在生活中，水流~ 从水龙头接水，假如让你接 1000ml 的水，你的接法有很多种，

<1> 一次性接完 1000ml 的水

<2> 一次接 500ml，分两次接完

<3> 一次接 200ml，分五次接完

...

字节流

假如让你从文件读取 1000 个字节的数据，你的读法也可以有很多种

<1> 一次性读完 1000 字节的数据

<2> 一次读 500 字节的数据，分两次读完

<3> 一次接 200 字节的数据，分五次接完

每种流对象，分为两种：

输入的：Reader，InputStream

输出的：Writer，OutputStream
【注意】一定要认清输入输出的方向!!! 以下面示意图，更加明确输入和输出的方向:

3.2 字节流 ------ InputStream和OutputSream的使用方法

InputStream 用来进行 IO，IO 不仅仅可以读写硬盘的文件，还可以读写别的，如后面学习到网络编程，可以知道IO 还能用来读网卡

初步认识一下 InputStream，是抽象类，不能直接实例化!!!

使用方法：

c 复制代码 
InputStream inputStream = new FileInputStream(指定当前要读的一个文件路径);

【重点------关闭操作 】

同时一定要记得一个操作：关闭操作!!!

c 复制代码 
inputStream.close();

这个操作非常重要！在C++中，主要是一个手动释放资源，包括内存，Java中有GC，内存一般不需要手动释放，但是在这里文件的资源，则需要手动释放!

(垃圾回收（GarbageCollection，GC），它的主要作用是回收程序中不再使用的内存)

【这里文件的资源指的是什么呢？】

主要指的是"文件描述符"，这里回顾一下前面讲解进程时候，提到进程是使用 PCB 这样的结构来表示的，

其中PCB中的属性有： 1）pid 2）内存指针 3）进程调度信息4） 文件描述符表

文件描述符表记载了当前进程都打开了哪些文件，每次打开一个文件都在这个表里申请到一个位置，这个表可以当做一个数组，数组下标就是文件描述符，数组元素就是这个文件在内核中结构体的表示，但是这个表的长度是有限的，不能无休止的打开而不进行释放，一旦满了，继续打开，就会打开失败，造成文件资源泄露的问题，这个问题是十分严重的!!!

c 复制代码 
public class IODemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //这个过程就是相当于C中的fopen 文件的打开操作
        //让这个当前变量和硬盘的文件相关联起来
        InputStream inputStream = new FileInputStream("d:/student.txt");   
        //...
        //进行读的操作     
	    //关闭操作很重要！！
        inputStream.close();
		}
}

但是这样写 如果执行中间出现一些问题 比如return 或者 抛出异常，close就执行不到了，是十分危险的

既然这样，我们要确保close()方法执行到，可以进行如下修改：

c 复制代码 
public class IODemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
		  InputStream inputStream = null;
          try {
            inputStream = new FileInputStream("d:/student.txt");
            //...
           	//进行读的操作
        } finally {
            inputStream.close();
        	}
		}
}

但是上述代码写法是不优雅的~ 代码也要讲究美观性呀，下面介绍try with resources 用法，使代码"漂亮"起来，即更加简洁起来!

同理，OutputSream的用法如下：

c 复制代码 
OutputStream outputStream = new FileOutputStream(指定当前要读的一个文件路径);

3.3 try with resources 用法

【try with resources 】是一个异常处理机制，它的作用是解决使用 try-catch 语句时可能遇到的代码重复和繁琐问题，该机制可以确保即使在抛出异常的情况下，也能将资源正确的关闭

【范围】try with resources 语句可以用于处理任何实现了java.lang.AutoCloseable接口的对象，这包括了所有IO 对象(如InputStream、OutputStream、Reader和Writer)、JDBC资源(如Connection、Statement)和Zip压缩文件(如ZipFile和ZipInputStream)

因为 InputStream 实现了一个特定的接口------> Closeable，充分利用该特点，带有资源的 try 操作，会在 try 代码块结束自动执行 close 关闭操作

inputStream 相当于遥控器，通过它调用 read() 对文件进行读取，有三种形式，如下：

1） read() 无参数，相当于一次读一个字节

2） read(byte[] b) 读多个字节，放在 byte[] 数组里面

3） read(byte[] b，int off，int len) 读多个字节，放在 byte[] 数组里面，限定起始位置和长度

【补充】这里可以看到，都是 int 接收，为啥不使用 short ?

我们可以把 short 忘记啦，看起来是节省了两个字节，但是显得很小气!!! 虽然 short 也实现内存对齐，但是没有 int来得快，short 和 float 都用得很少!!!

表示整数，一般都是 int 和 long

表示浮点数，一般都是 double

代码举例如下：

c 复制代码 
public class IODemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        try(InputStream inputStream = new FileInputStream("d:/student.txt")) {
            //读文件
            //read一次返回的是一个字节 但是此处的返回类型是int！！！
            while(true) {
                int b = inputStream.read();
                if(b == -1) {
                    //读到末尾了
                    break;
                }
                System.out.println(b);
            }
        }
    }
}

打印的结果如下：

【解释说明 】

在此处读到的97、98、99，是因为使用的是字节流，每次读的不是字符，而是字节，读出的这些数据就是每个字符的ASCII码!!! a，b，c 对应的ASCII码正是97、98、99

如果student.txt 文件写的是汉字呢？结果将会是怎么样的呢~

重新运行程序，打印结果如下：

字符集!!! 2个汉字，6个字节(每个数字就是一个字节，上述程序运行结果有6个数字，即6个字节)，每个汉字3个字节，很明显是utf8编码的~查询对应结果如下：

上述打印结果为10进制，是把3个字节放在一起，弄了一个大的十进制，和把3个字节分开打印是不一样的，把代码按照十六进制打印，更方便看清，与上图结果相对应

c 复制代码 
  //转成16进制打印
  System.out.printf("%x\n",b);

utf8和unicode就可以视为两个不同的表，编号是不同的，即使是同一个符号(汉字)得到的数值是不一样的，uft8是基于unicode演化而来，写代码统一为utf8是最靠谱的做法！
这里是utf8查询转换链接

OutputStream 写入的举例代码，如下：

c 复制代码 
public class IODemo7 {
    public static void main(String[] args) {
        try(OutputStream outputStream = new FileOutputStream("d:/student.txt")) {
            outputStream.write(100);
            outputStream.write(101);
            outputStream.write(102);
        } catch(IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

运行程序后，打开student.txt，ASCII值为100对应小写字母d，101对应e，102对应f，成功写入!

有一种很神奇的感觉，通过代码就能实现对文件的内容写入~ 还是很方便的！

3.4 字符流 ------ Reader和Writer的使用方法

与字节流是类似的~

Reader 对应的 FileReader

c 复制代码 
Reader reader = new FileReader(指定当前要读的一个文件路径);

Writer 对应的FileWriter

c 复制代码 
Writer writer = new FileWriter(指定当前要读的一个文件路径);

read()方法来读 ------ 一次读一个char或者char[]

write()方法来写 ------ 一次写一个char 或者char[]或者String

举个栗子~

c 复制代码 
public class IODemo8 {
    public static void main(String[] args) {
        try(Reader reader = new FileReader("d:/student.txt")) {
            while(true) {
                int c = reader.read();
                if(c == -1) {
                    break;
                }
                char ch = (char) c;
                System.out.println(ch);
            }
        }catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

打印结果如下，是对应的，读取成功！

3.5 如何实现读一行

使用Scanner 套就可以啦，不多说直接上代码！

c 复制代码 
public class IODemo8 {
    public static void main(String[] args) {
    
        File file = new File("d:/student.txt");

        try (Scanner sc = new Scanner(file)) {
                while(sc.hasNextLine()) {
                    String line = sc.nextLine();
                    System.out.println(line);
                }
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

打印结果如下：

💛💛💛本期内容回顾💛💛💛

✨✨✨本期内容到此结束啦~

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