C# 文件的输入与输出（I/O）详解

C# 文件的输入与输出（I/O）详解

全面掌握 C# 中的文件输入与输出操作，下面将从核心概念、常用类、同步 / 异步操作、文件内容读写、目录与文件管理等方面进行系统化讲解，涵盖基础到实战的全流程

一、C# 文件 I/O 的核心基础

1. 核心命名空间

C# 的文件 I/O 操作主要依赖 .NET Base Class Library (BCL) 中的两个核心命名空间，使用前需先引用：

// 核心：用于文件、目录的创建、删除、移动等管理操作，以及基础文件流
using System.IO;
// 进阶：用于更高效的字符编码处理、便捷的文本读写（推荐优先使用）
using System.IO.Compression; // 可选，用于压缩文件I/O
using System.Text; // 可选，用于指定字符编码（如UTF-8、GBK）

2. 核心操作类型

C# 文件 I/O 分为两大核心类型，满足不同场景需求：

• 字节流操作：以byte（字节）为单位读写数据，适用于所有文件类型（如二进制文件、图片、视频、音频等），核心类为FileStream。
• 字符流操作：以char（字符）为单位读写数据，专门用于文本文件（如.txt、.csv、.json等），自动处理字符编码，核心类为StreamReader、StreamWriter、File（静态辅助类）、FileInfo（实例化操作类）。

二、常用文件 I/O 类及其分工

C# 提供了多个分工明确的文件 I/O 类，避免单一类的功能臃肿，核心类的职责如下：

类名	类型	核心职责
File	静态类	提供静态方法，快速完成文件的创建、删除、移动、复制，以及文本 / 字节的快速读写（无需手动管理流的关闭）。
FileInfo	实例类	提供实例方法，功能与File类似，适合对同一个文件进行多次操作（性能更优，无需重复解析文件路径）。
FileStream	实例类	底层字节流类，支持同步 / 异步的字节级读写，是所有字符流类的底层依赖，适用于二进制文件操作。
StreamReader	实例类	基于FileStream封装，专门用于读取文本文件，自动处理字符编码，简化文本读取逻辑。
StreamWriter	实例类	提基于FileStream封装，专门用于写入文本文件，自动处理字符编码，简化文本写入逻辑。
Directory	静态类	提供静态方法，管理目录（文件夹）的创建、删除、移动、查询子目录 / 文件。
DirectoryInfo	实例类	提供实例方法，适合对同一个目录进行多次操作，性能更优。

三、文本文件的输入与输出（最常用）

文本文件操作是日常开发中最频繁的场景，推荐优先使用File静态类（快速操作）或StreamReader/StreamWriter（复杂场景，如大文件、指定编码）。
3.1 快速读写文本文件（使用File静态类）

File类提供了一系列便捷方法，无需手动打开 / 关闭文件流，简化代码编写，适合小到中等大小的文本文件。

（1）一次性读取整个文本文件

提供 3 个核心方法，满足不同读取需求：

using System;
using System.IO;
using System.Text;

public class TextFileQuickOperation
{
    public static void ReadTextFile()
    {
        string filePath = "test.txt"; // 文件路径（相对路径或绝对路径）

        // 方法1：读取整个文件为一个字符串（最常用）
        if (File.Exists(filePath)) // 先判断文件是否存在，避免异常
        {
            string fullContent = File.ReadAllText(filePath, Encoding.UTF8);
            Console.WriteLine("=== 一次性读取整个文件内容 ===");
            Console.WriteLine(fullContent);
        }

        // 方法2：读取整个文件为字符串数组（每行对应一个数组元素）
        if (File.Exists(filePath))
        {
            string[] allLines = File.ReadAllLines(filePath, Encoding.UTF8);
            Console.WriteLine("\n=== 按行读取文件内容 ===");
            for (int i = 0; i < allLines.Length; i++)
            {
                Console.WriteLine($"第{i+1}行：{allLines[i]}");
            }
        }

        // 方法3：读取整个文件为字节数组（兼容文本/二进制文件）
        if (File.Exists(filePath))
        {
            byte[] byteContent = File.ReadAllBytes(filePath);
            // 转换为字符串（指定编码）
            string content = Encoding.UTF8.GetString(byteContent);
            Console.WriteLine("\n=== 以字节数组形式读取文件内容 ===");
            Console.WriteLine(content);
        }
    }
}

（2）一次性写入整个文本文件

核心方法支持覆盖写入和追加写入，注意：WriteAll*系列方法会覆盖原有文件内容，若文件不存在则自动创建。

public static void WriteTextFile()
{
    string filePath = "test.txt";
    string content = "这是通过File类写入的文本内容\n第二行内容\n第三行内容";
    string[] lines = new[] { "数组第一行", "数组第二行", "数组第三行" };

    // 方法1：写入整个字符串到文件（覆盖原有内容）
    File.WriteAllText(filePath, content, Encoding.UTF8);
    Console.WriteLine("字符串内容已写入文件");

    // 方法2：写入字符串数组到文件（每行对应一个数组元素，覆盖原有内容）
    File.WriteAllLines(filePath, lines, Encoding.UTF8);
    Console.WriteLine("字符串数组内容已写入文件");

    // 方法3：追加内容到文件末尾（不覆盖原有内容，文件不存在则创建）
    File.AppendAllText(filePath, "\n这是追加的内容", Encoding.UTF8);
    File.AppendAllLines(filePath, new[] { "追加的行1", "追加的行2" }, Encoding.UTF8);
    Console.WriteLine("内容已追加到文件末尾");
}

3.2 逐行 / 按需读写文本文件（使用StreamReader/StreamWriter）

（1）使用StreamReader读取文本文件（逐行 / 字符）

推荐使用using语句包裹流对象，自动释放文件资源（无需手动调用Close()或Dispose()），避免文件句柄泄露。

public static void ReadTextFileWithStreamReader()
{
    string filePath = "large_test.txt";
    // using 语句自动释放 StreamReader 资源，确保文件关闭
    using (StreamReader reader = new StreamReader(filePath, Encoding.UTF8))
    {
        Console.WriteLine("=== 逐行读取大文本文件 ===");
        string line;
        // 逐行读取，直到文件末尾（返回null表示读取完成）
        while ((line = reader.ReadLine()) != null)
        {
            Console.WriteLine(line);
            // 可在此处添加业务逻辑（如筛选、解析数据）
        }

        // 可选：重置读取位置（从头开始再次读取）
        // reader.BaseStream.Seek(0, SeekOrigin.Begin);
        // reader.DiscardBufferedData();

        // 可选：读取单个字符
        // int ch;
        // while ((ch = reader.Read()) != -1)
        // {
        //     Console.Write((char)ch);
        // }
    }
}

（2）使用StreamWriter写入文本文件（逐行 / 字符）

支持覆盖写入和追加写入，通过构造函数参数控制写入模式。`

public static void WriteTextFileWithStreamWriter()
{
    string filePath = "large_test.txt";
    // 构造函数第二个参数：true=追加写入，false=覆盖写入（默认）
    using (StreamWriter writer = new StreamWriter(filePath, true, Encoding.UTF8))
    {
        // 写入单行文本（自动换行）
        writer.WriteLine("通过StreamWriter写入的第一行");
        writer.WriteLine("通过StreamWriter写入的第二行");

        // 写入文本（不自动换行）
        writer.Write("这是不自动换行的内容");
        writer.Write(" 紧跟在前面的内容之后");

        // 写入格式化文本
        writer.WriteLine("\n格式化文本：{0}，{1}", "参数1", "参数2");

        // 强制刷新缓冲区（将内存中的数据写入磁盘，默认关闭流时自动刷新）
        writer.Flush();
    }
    Console.WriteLine("大文件内容写入/追加完成");
}

四、二进制文件的输入与输出（FileStream）

二进制文件（如图片、视频、音频、.dat、.exe等）无法通过文本类读写，需使用FileStream以字节为单位进行操作，核心是Read()和Write()方法。

4.1 二进制文件读取（FileStream.Read()）

public static void ReadBinaryFile()
{
    string sourceFilePath = "image.jpg"; // 二进制文件路径（图片示例）
    string targetFilePath = "image_copy.jpg"; // 复制后的文件路径

    // 读取二进制文件到字节数组
    byte[] buffer;
    using (FileStream fsRead = new FileStream(sourceFilePath, FileMode.Open, FileAccess.Read))
    {
        // 初始化字节数组，长度为文件大小
        buffer = new byte[fsRead.Length];
        // 读取文件内容到字节数组（返回实际读取的字节数）
        int readBytes = fsRead.Read(buffer, 0, buffer.Length);
        Console.WriteLine($"成功读取 {readBytes} 字节数据");
    }

    // （可选）将字节数组写入新文件（实现文件复制）
    using (FileStream fsWrite = new FileStream(targetFilePath, FileMode.Create, FileAccess.Write))
    {
        fsWrite.Write(buffer, 0, buffer.Length);
        Console.WriteLine("二进制文件复制完成");
    }
}

4.2 二进制文件写入（FileStream.Write()）

public static void WriteBinaryFile()
{
    string filePath = "data.dat";
    // 准备要写入的二进制数据（示例：整数、字符串转换为字节数组）
    int intData = 12345;
    string strData = "二进制文件中的字符串数据";
    byte[] intBytes = BitConverter.GetBytes(intData);
    byte[] strBytes = Encoding.UTF8.GetBytes(strData);

    using (FileStream fsWrite = new FileStream(filePath, FileMode.Create, FileAccess.Write))
    {
        // 写入整数对应的字节数组
        fsWrite.Write(intBytes, 0, intBytes.Length);
        // 写入字符串对应的字节数组
        fsWrite.Write(strBytes, 0, strBytes.Length);
        Console.WriteLine("二进制数据写入完成");
    }
}

4.3 关键参数说明

FileStream构造函数的核心参数（决定文件操作行为）：

• FileMode：文件打开 / 创建模式（Open= 打开已存在文件、Create= 创建新文件（存在则覆盖）、CreateNew= 创建新文件（存在则抛异常）、Append= 追加模式打开文件等）。
• FileAccess：文件访问权限（Read= 只读、Write= 只写、ReadWrite= 读写）。
• FileShare：文件共享权限（可选，控制其他进程对该文件的访问方式）。

五、目录与文件的管理操作

除了文件内容读写，C# 还提供了Directory/DirectoryInfo、File/FileInfo用于目录和文件的管理（创建、删除、移动等）。
5.1 目录管理（Directory 静态类）

public static void DirectoryManagement()
{
    string dirPath = "TestDirectory/SubDirectory";

    // 1. 创建目录（支持多级目录创建，无需逐级创建）
    if (!Directory.Exists(dirPath))
    {
        Directory.CreateDirectory(dirPath);
        Console.WriteLine("目录创建完成");
    }

    // 2. 获取目录信息（如创建时间、子目录、文件列表）
    string[] subDirs = Directory.GetDirectories("TestDirectory");
    string[] files = Directory.GetFiles("TestDirectory", "*.txt", SearchOption.AllDirectories);
    Console.WriteLine($"目录下子目录数量：{subDirs.Length}");
    Console.WriteLine($"目录下txt文件数量：{files.Length}");

    // 3. 移动目录（剪切粘贴，支持跨盘符？部分系统不支持，推荐同盘符操作）
    // Directory.Move(dirPath, "TestDirectory/NewSubDirectory");

    // 4. 删除目录（true=删除目录及其所有子目录/文件，false=仅删除空目录）
    // Directory.Delete(dirPath, true);
}

5.2 文件管理（File 静态类）

public static void FileManagement()
{
    string sourceFile = "test.txt";
    string targetFile = "TestDirectory/test_copy.txt";

    // 1. 复制文件（true=覆盖目标文件，false=不覆盖，存在则抛异常）
    if (File.Exists(sourceFile))
    {
        File.Copy(sourceFile, targetFile, true);
        Console.WriteLine("文件复制完成");
    }

    // 2. 移动文件（剪切粘贴，可重命名文件）
    // File.Move(targetFile, "TestDirectory/test_rename.txt");

    // 3. 获取文件信息（大小、创建时间、最后修改时间）
    FileInfo fileInfo = new FileInfo(sourceFile);
    Console.WriteLine($"文件大小：{fileInfo.Length} 字节");
    Console.WriteLine($"创建时间：{fileInfo.CreationTime:yyyy-MM-dd HH:mm:ss}");

    // 4. 删除文件（可删除指定文件，若文件不存在则抛异常，先判断Exists）
    // if (File.Exists(targetFile))
    // {
    //     File.Delete(targetFile);
    //     Console.WriteLine("文件删除完成");
    // }
}

六、异步文件 I/O 操作（推荐高并发场景）

为了不阻塞主线程（尤其是 UI 程序、Web API），.NET 提供了异步文件 I/O 方法（后缀为Async），配合async/await关键字使用，性能更优。
6.1 异步读取文本文件

public static async Task ReadTextFileAsync()
{
    string filePath = "test.txt";
    if (File.Exists(filePath))
    {
        // 异步读取整个文本文件
        string content = await File.ReadAllTextAsync(filePath, Encoding.UTF8);
        Console.WriteLine("=== 异步读取文本文件完成 ===");
        Console.WriteLine(content);

        // 异步逐行读取（StreamReader 异步方法）
        using (StreamReader reader = new StreamReader(filePath, Encoding.UTF8))
        {
            string line;
            while ((line = await reader.ReadLineAsync()) != null)
            {
                // 处理逐行数据
            }
        }
    }
}

6.2 异步写入文本文件

public static async Task WriteTextFileAsync()
{
    string filePath = "test.txt";
    string content = "这是异步写入的文本内容";

    // 异步写入文本文件
    await File.WriteAllTextAsync(filePath, content, Encoding.UTF8);
    // 异步追加文本文件
    await File.AppendAllTextAsync(filePath, "\n这是异步追加的内容", Encoding.UTF8);
    Console.WriteLine("异步写入/追加文件完成");
}

6.3 异步操作二进制文件（FileStream 异步方法）

public static async Task ReadWriteBinaryFileAsync()
{
    string filePath = "data.dat";
    byte[] buffer = Encoding.UTF8.GetBytes("异步写入的二进制数据");

    // 异步写入二进制文件
    using (FileStream fsWrite = new FileStream(filePath, FileMode.Create, FileAccess.Write))
    {
        await fsWrite.WriteAsync(buffer, 0, buffer.Length);
    }

    // 异步读取二进制文件
    using (FileStream fsRead = new FileStream(filePath, FileMode.Open, FileAccess.Read))
    {
        byte[] readBuffer = new byte[buffer.Length];
        await fsRead.ReadAsync(readBuffer, 0, readBuffer.Length);
        string content = Encoding.UTF8.GetString(readBuffer);
        Console.WriteLine($"异步读取二进制文件内容：{content}");
    }
}

七、注意事项与最佳实践

• 1、资源释放：始终使用using语句包裹流对象（FileStream、StreamReader、StreamWriter），自动释放文件句柄，避免文件被占用无法删除 / 修改。
• 2、路径处理：避免硬编码绝对路径，推荐使用Path类处理路径（拼接、获取扩展名、获取临时目录等），提高跨平台兼容性。

// 安全拼接路径（自动处理目录分隔符 \ /）
string safePath = Path.Combine("TestDirectory", "subdir", "test.txt");
// 获取文件扩展名
string extension = Path.GetExtension(safePath); // 返回 .txt

• 3、异常处理：文件 I/O 操作容易抛出异常（如文件不存在、权限不足、磁盘满），需使用try-catch捕获并处理相关异常（FileNotFoundException、UnauthorizedAccessException等）。
• 4、编码指定：读写文本文件时明确指定编码（如Encoding.UTF8），避免默认编码（不同系统默认编码不同）导致中文乱码。
• 5、大文件处理：大文件优先使用StreamReader/StreamWriter逐行读写（文本文件）或FileStream分块读写（二进制文件），避免一次性加载到内存导致内存溢出。

八、总结

• 1、C# 文件 I/O 核心分为文本文件（字符流）和二进制文件（字节流）操作，对应不同的类库。
• 2、小文件优先使用File静态类（便捷高效），大文件 / 复杂场景优先使用StreamReader/StreamWriter/FileStream（内存友好）。
• 3、异步 I/O（async/await+*Async方法）是高并发场景的最佳选择，避免阻塞主线程。
• 4、文件 I/O 操作需注意资源释放、路径安全、编码指定和异常处理，确保程序健壮性。
• 5、目录与文件管理可通过Directory/DirectoryInfo、File/FileInfo实现，满足文件的复制、移动、删除等需求。