输入输出流与文件操作

输入输出流与文件操作（IO）

目标：掌握控制台 I/O（Scanner / PrintStream）；理解 Java IO 的两大体系——字节流与字符流，会用 FileInputStream / BufferedReader / DataInputStream 等常见流读写文件；理解对象序列化（Serializable）的条件与作用；熟悉 File 类的常用方法。

一、程序数据如何「进」和「出」

程序的输入输出最基础的场景是控制台 I/O：从键盘读入数据、向屏幕打印结果。

• 读入用 java.util.Scanner：nextInt() / nextDouble() 读数值，next() 读一个不含空格的词，nextLine() 读一整行；
• 输出用 System.out（一个 PrintStream）：println() 换行打印，printf() 按格式打印。

import java.util.Scanner;

public class ConsoleIO {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        int n = sc.nextInt();          // 读整数
        double avg = sc.nextDouble();  // 读浮点
        String name = sc.next();       // 读一个词
        System.out.println("n=" + n + ", avg=" + avg + ", name=" + name);
        System.out.printf("保留两位: %.2f%n", avg);
    }
}

控制台只是「流」的一种。当数据要持久化到文件或在网络上传输时，就需要 Java 的 IO 流体系——下面看它的层次结构。

二、流的层次结构：字节流 vs 字符流

Java IO 的所有流都归入两大体系，二者的差别是处理的数据单位：

• 字节流（InputStream / OutputStream）：一次读写一个字节（8 位），适合图片、音频、二进制文件等原始数据；
• 字符流（Reader / Writer）：一次读写一个字符（16 位 Unicode），适合文本，天然处理换行与编码。

在两大根之下，又按「用途」派生出几类常用流：

几条要点：

• 缓冲流（Buffered*）：给底层流套一层内存缓冲区，攒够一批再读写磁盘，减少频繁的系统调用——性能优化，不改变数据内容；
• 数据流（Data*）：在字节流之上直接读写 Java 基本类型与 String（readInt() / writeUTF() 等），是「二进制存数值」的标准工具；
• 对象流（Object*）：把整个对象序列化成字节、再还原，见下一节；
• 桥梁流（InputStreamReader / OutputStreamWriter）：在字节流与字符流之间转换，负责编码/解码（如 UTF-8）。

FileInputStream dis = fis;

三、对象序列化 Serializable

有时要保存的不是一个数或一行文本，而是一个对象（比如一局游戏的状态）。Java 用序列化把对象转成字节流存到文件/网络，再用反序列化还原。

• 条件：对象所属类必须 implements java.io.Serializable（这是一个标记接口，没有方法要实现）；不实现则抛 NotSerializableException；
• 写：ObjectOutputStream.writeObject(obj)——对象 → 字节流；
• 读：ObjectInputStream.readObject()——字节流 → 对象；
• 例外：字段加 transient 修饰则不参与序列化（如密码、临时缓存）；静态字段也不序列化。

// Player implements Serializable
ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("save.bin"));
out.writeObject(player);   // 对象 -> 字节流
out.close();

ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(new FileInputStream("save.bin"));
Player p2 = (Player) in.readObject();  // 字节流 -> 对象
in.close();

序列化是「网络版 ERASE」把玩家/棋盘状态在客户端与服务端之间传输的基础——模块 7、10 会再次用到它。交互式动画（对象 → 字节流 → 还原）见下文「六、对象序列化流程」。

四、File 类常用方法

java.io.File 表示文件或目录的抽象路径名，本身不读内容，只负责「定位与属性查询」。

File f = new File("data/a.txt");   // 构造时不检查文件是否存在
f.exists();      // 是否真实存在
f.isDirectory();// 是目录吗
f.length();     // 字节数

文本 vs 二进制读写小结：读文本首选 BufferedReader（readLine() 按行，注意指定 UTF-8 编码）；写文本用 BufferedWriter（newLine() 写平台换行）。读二进制数值用 DataInputStream、存对象用 ObjectInputStream——选流的关键是数据是什么单位以及要不要处理编码。

五、文件读取：字节视图 vs 行视图

同一个文件，用字节流和字符流读出来「看到的东西」完全不同。下面这个交互实验让你逐步走一遍两种读法，直观看到三件事：① UTF-8 多字节让「磁盘字节数 ≠ 字符数」；② 换行符因平台而异（Windows \r\n 2 字节 / Unix \n 1 字节）；③ readLine() 返回的字符串不含换行符。

// 字节流：逐字节，连 \r \n 都看得见，末尾 read() 返回 -1
FileInputStream in = new FileInputStream("a.txt");
int b;
while ((b = in.read()) != -1) { /* b 是 0–255 的原始字节 */ }

// 字符流：按行，换行符被剥离，末尾 readLine() 返回 null
BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(new FileInputStream("a.txt"), "UTF-8"));
String line;
while ((line = br.readLine()) != null) { /* line 不含换行符 */ }

试着把样例切到 mix.txt（含中文）、换行切到 Windows \r\n：汇总条里「总字节」会明显大于「总字符」，明细表「换行字节」列每行变成 2——这两处正是「字节数 ≠ 字符数」的来源。

六、对象序列化流程：对象 → 字节流 → 还原

第三节讲了序列化的「条件与 API」，这一节把过程摊开看：一个对象（连同它引用的其他对象）到底是怎么被写进字节流、又怎么被读回来的。下面这个类同时踩到三个关键点——transient 字段、static 字段、嵌套对象 board：

class Board implements Serializable {
    int rows, cols, filled;            // 都是实例字段 → 都会被序列化
}

class Player implements Serializable {
    static final int MAX_SCORE = 9999; // static：属于类，不随实例写
    transient String password;         // transient：被排除出字节流
    int score;
    String name;
    Board board;                        // 嵌套对象 → 递归序列化（Board 也得可序列化）
}

ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("save.bin"));
out.writeObject(player);   // 整棵对象图 Player → Board 一起写进字节流
out.close();

把样例切到 Player、视角切「序列化」逐步走：能看到 password（transient）和 MAX_SCORE（static）都标成「跳过」、不占字节；而 board 会递归展开出它自己的类描述符和三个字段。再切到 Legacy——没实现 Serializable，writeObject() 直接抛 NotSerializableException，字节流为 0。

思考题

1. 「字节流」和「字符流」的本质区别是什么？为什么读文本一般不直接用 FileInputStream？
2. 给 FileInputStream 套一层 BufferedInputStream，改变了什么、没改变什么？
3. 一个对象要能被 ObjectOutputStream 序列化需要满足什么条件？transient 字段会怎样？
4. new File("a/b.txt") 执行后，文件一定存在吗？isAbsolute() 返回什么？为什么？

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