文件操作和 IO 全解析：从基础概念到 Java 实践

原创 于 2025-08-05 10:47:58 发布 · 540 阅读 · 7 ·
CC 4.0 BY-SA版权
版权声明：本文为博主原创文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议，转载请附上原文出处链接和本声明。
文章标签：

#java #开发语言

一、文件的基本认知

在计算机存储领域，文件是硬盘等持久化存储设备中独立的数据单位，如同办公桌上的一份份文档。每个文件不仅包含实际的数据内容，还有一系列描述信息，即文件元信息，像文件名、文件类型、文件大小、修改日期等，这些信息并非文件内容本身，却对文件管理至关重要。

二、文件的组织方式：树形结构与目录

随着文件数量增多，有序管理成为必然。树形结构因符合自然逻辑被广泛采用，由此诞生了专门用于管理文件的特殊 "文件"——目录（directory） 或文件夹（folder）。

目录就像树形结构的节点，里面存储着文件的元信息，通过层层嵌套，形成了清晰的层级关系。例如 Windows 系统中，从 "此电脑" 开始，包含 "视频"“图片”“文档” 等子目录，子目录下又可包含更多文件和子目录；Linux 系统也有类似的树形结构组织。这种结构让文件的查找和管理变得高效且易于理解。

三、文件路径：定位文件的关键

要在文件系统中准确找到一个文件，就需要文件路径（Path），主要分为以下两种：

  • 绝对路径（absolute path）：从树形结构的根节点开始，一直到目标文件的完整路径。例如C:\Windows\System32\cmd.exe，从 C 盘根目录出发，清晰指向了 cmd.exe 文件。
  • 相对路径（relative path）：从任意节点（当前所在位置）出发到目标文件的路径。其中，.代表当前节点，..代表父节点。比如从C:\Program Files (x86)\WindowsPowerShell去往Windows NT，相对路径为..\Windows NT。

不同操作系统的路径分隔符有所不同，Windows 常用\，而 Unix、Linux 等常用/。

四、文件的分类与特性

1. 按数据类型划分

  • 文本文件：保存被字符集编码的文本，如 UTF-8 编码的中文文本，每个字符对应特定的字节序列。
  • 二进制文件：按照标准格式保存的非字符集编码数据，如 24 位位图文件，其数据以特定的二进制格式存储。

2. 文件扩展名

Windows 系统通过文件名中的后缀（扩展名）确定文件类型和默认打开程序，如.exe表示可执行程序，.dll表示动态库。但在 OSX、Unix、Linux 等系统中，并无此严格习俗。

3. 文件权限

操作系统会为不同用户赋予文件不同权限，通常包括可读、可写、可执行权限，以此保障数据安全。

4. 特殊文件

  • 快捷方式（Windows）：对真实文件的引用，方便用户快速访问。
  • 软链接（Unix/Linux 等）：类似快捷方式，可对同一文件建立多个引用。

此外，Unix、Linux 操作系统秉持 “万物皆文件” 理念，将所有 I/O 设备都抽象为文件，实现了接口的统一性。

五、Java 中的文件操作

Java 通过java.io.File类对文件（包括目录）进行抽象描述，但需注意，File对象的存在并不代表真实文件存在。

1. File 类的核心内容

  • 属性：包含依赖于系统的路径分隔符，有String类型的pathSeparator和char类型的pathSeparator。
  • 构造方法：
    • File(File parent, String child)：根据父目录和子文件路径创建实例。
    • File(String pathname)：根据文件路径（绝对或相对）创建实例。
    • File(String parent, String child)：根据父目录路径和子文件路径创建实例。
  • 常用方法：
    • 获取信息：getParent()（父目录路径）、getName()（文件名）、getPath()（文件路径）、getAbsolutePath()（绝对路径）、getCanonicalPath()（修饰过的绝对路径）等。
    • 判断状态：exists()（是否存在）、isDirectory()（是否为目录）、isFile()（是否为普通文件）等。
    • 操作文件：createNewFile()（创建空文件）、delete()（删除文件）、deleteOnExit()（JVM 结束时删除文件）等。
    • 操作目录：list()（目录下所有文件名）、listFiles()（目录下所有文件的 File 对象）、mkdir()（创建目录，中间目录不存在则失败）、mkdirs()（创建目录，必要时创建中间目录）等。
    • 其他：renameTo(File dest)（文件改名 / 剪切粘贴）、canRead()（是否可读）、canWrite()（是否可写）等。

2. 代码示例展示

  • 获取路径信息：通过getParent()、getName()等方法可获取文件的各类路径相关信息。
  • 文件的创建与删除：createNewFile()创建文件，delete()直接删除文件，deleteOnExit()则在程序运行结束后删除。
  • 目录的创建：mkdir()创建单级目录，mkdirs()可创建多级目录。
  • 文件重命名：renameTo()方法可实现文件的改名操作。
  • //示例 1：get 系列方法
import java.io.File;
import java.io.IOException;

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        File file = new File("..\\hello-world.txt"); // 并不要求该文件真实存在
        System.out.println(file.getParent());
        System.out.println(file.getName());
        System.out.println(file.getPath());
        System.out.println(file.getAbsolutePath());
        System.out.println(file.getCanonicalPath());
    }
}
      
    运行结果：
..
hello-world.txt
..\hello-world.txt
D:\代码练习\文件示例1\..\hello-world.txt
D:\代码练习\hello-world.txt

  • //示例 2：普通文件的创建、删除
import java.io.File;
import java.io.IOException;

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        File file = new File("hello-world.txt"); // 要求该文件不存在
        System.out.println(file.exists());
        System.out.println(file.isDirectory());
        System.out.println(file.isFile());
        System.out.println(file.createNewFile());
        System.out.println(file.exists());
        System.out.println(file.isDirectory());
        System.out.println(file.isFile());
        System.out.println(file.createNewFile());
    }
}
      
    //运行结果：
false
false
false
true
true
false
true
false

  • //示例 3：普通文件的删除
import java.io.File;
import java.io.IOException;

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        File file = new File("some-file.txt"); // 要求该文件不存在
        System.out.println(file.exists());
        System.out.println(file.createNewFile());
        System.out.println(file.exists());
        System.out.println(file.delete());
        System.out.println(file.exists());
    }
}
      
    //运行结果：
false
true
true
true
false

  • //示例 4：deleteOnExit 方法
import java.io.File;
import java.io.IOException;

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        File file = new File("some-file.txt"); // 要求该文件不存在
        System.out.println(file.exists());
        System.out.println(file.createNewFile());
        System.out.println(file.exists());
        file.deleteOnExit();
        System.out.println(file.exists());
    }
}
      
    //运行结果：
false
true
true
true
//程序运行结束后，文件会被删除。

  • //示例 5：目录的创建
import java.io.File;
import java.io.IOException;

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        File dir = new File("some-dir"); // 要求该目录不存在
        System.out.println(dir.isDirectory());
        System.out.println(dir.isFile());
        System.out.println(dir.mkdir());
        System.out.println(dir.isDirectory());
        System.out.println(dir.isFile());
    }
}

    //运行结果：
false
false
true
true
false

  • //示例 6：目录创建（mkdir 与 mkdirs 的区别）
//使用mkdir()时，若中间目录不存在，则无法创建成功：
import java.io.File;
import java.io.IOException;

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        File dir = new File("some-parent\\some-dir"); // some-parent和some-dir不存在
        System.out.println(dir.isDirectory());
        System.out.println(dir.isFile());
        System.out.println(dir.mkdir());
        System.out.println(dir.isDirectory());
        System.out.println(dir.isFile());
    }
}

    运行结果：
false
false
false
false
false
      
    //使用mkdirs()可解决中间目录不存在的问题：
import java.io.File;
import java.io.IOException;

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        File dir = new File("some-parent\\some-dir"); // some-parent和some-dir不存在
        System.out.println(dir.isDirectory());
        System.out.println(dir.isFile());
        System.out.println(dir.mkdirs());
        System.out.println(dir.isDirectory());
        System.out.println(dir.isFile());
    }
}
      
    运行结果：
false
false
true
true
false

  • //示例 7：文件重命名
import java.io.File;
import java.io.IOException;

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        File file = new File("some-file.txt"); // 要求some-file.txt存在
        File dest = new File("dest.txt"); // 要求dest.txt不存在
        System.out.println(file.exists());
        System.out.println(dest.exists());
        System.out.println(file.renameTo(dest));
        System.out.println(file.exists());
        System.out.println(dest.exists());
    }
}

    //运行结果：
true
false
true
false
true

六、文件内容的读写：数据流

1. 输入流（InputStream）

  • 概述：用于读取数据，InputStream是抽象类，操作文件时常用其实现类FileInputStream。
  • 主要方法：
    • read()：读取一个字节，返回 - 1 表示读完。
    • read(byte[] b)：最多读取b.length字节到数组b，返回实际读取数量，-1 表示读完。
    • read(byte[] b, int off, int len)：最多读取len - off字节到数组b的off位置开始，返回实际读取数量，-1 表示读完。
    • close()：关闭字节流。
  • 读取方式：可逐个字节读取，也可通过字节数组批量读取，后者 I/O 次数少，性能更好。对于字符读取，使用Scanner类更便捷，其Scanner(InputStream is, String charset)构造方法可指定字符集扫描读取。

2. 输出流（OutputStream）

  • 概述：用于写入数据，OutputStream是抽象类，操作文件时常用其实现类FileOutputStream。
  • 主要方法：
    • write(int b)：写入一个字节。
    • write(byte[] b)：将字节数组b的数据全部写入。
    • write(byte[] b, int off, int len)：将字节数组b中从off开始的len个字节写入。
    • close()：关闭字节流。
    • flush()：将缓冲区数据刷入设备，因 I/O 速度慢，输出流通常先将数据写入缓冲区，需手动刷新。
  • 写入方式：可直接写入字节或字节数组，对于字符写入，可结合OutputStreamWriter和PrintWriter，PrintWriter提供了熟悉的print/println/printf方法，方便操作。

七、数据读写的常用模式

  • 按字节读：使用InputStream结合字节数组，循环读取直至结束。
  • 按字节写：使用OutputStream，将数据填入字节数组后写入，最后刷新缓冲区。
  • 按字符读：使用InputStream配合Scanner，按行读取字符内容。
  • 按字符写：使用OutputStream、OutputStreamWriter和PrintWriter，按行写入字符内容，最后刷新。

掌握文件操作和 IO 是 Java 编程的重要基础，无论是简单的文件管理还是复杂的数据读写，都离不开这些核心知识和技能。

xie_pin_an
关注
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

个

红包个数最小为10个

元

红包金额最低5元

当前余额3.43元 前往充值 >
需支付：10.00元
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付元
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明：

1.余额是钱包充值的虚拟货币，按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载，可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值