【IO】文件操作

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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

import java.io.File;

具体创建 File 对象过程如下：

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

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

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

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

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

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：

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!!!

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!!!

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：

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：

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：

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

  //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：

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

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

Writer 对应的FileWriter

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~

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！

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~