进阶系列（4）—— C#文件与流
一、 驱动器
在Windows操作系统中，存储介质统称为驱动器，硬盘由于可以划分为多个区域，每一个区域称为一个驱动器。.NET Framew ork提供DriveInfo类和 DriveType枚举型，以方便在程序中直接使用驱动器。DriveInfo类的常用字段成员有DriveFormat(文件系统格式，如NTFS或FAT32)、DriveType(驱动器类型)、Name（驱动器名）、TotalSize(总空间)、TotalFreeSpace(获得驱动器可用空间)。常用的方法成员有GetDrives(获得可用驱动器列表)。
DriveType枚举型的枚举值有CDRom(光驱)、Fixed(硬盘)、Network(网络驱动器)和Removeable(软盘或U盘)等。例如，以下代码可以输出每一个硬盘驱动器的剩余空间信息。
DriveInfo[] drivers = DriveInfo.GetDrives(); foreach(DriveInfo driver in drivers) { if(driver.DriveType == DriveType.Fixed && driver.DriveFormat == "NTFS") { Console.WriteLine("在{0}驱动器上还有{1}字节的剩余空间。", driver.Name, driver.AvailableFreeSpace); } } Console.ReadLine();
二、目录
为了方便检索文件，需要在驱动器中先创建目录，然后把文件保存到这个目录中。在Windows操作系统中，目录又称文件夹。每个驱动器都有一个根目录，使用”\”表示，如”C:\”表示C驱动器的根目录。创建在根目录中的目录称为一级子目录。在一级子目录中创建的目录称为二级子目录，依此类推。文件系统的目录结构是一种树形结构。
.NET Framework提供了Directory类和DirectoryInfo类，以方便在程序中直接操作目录。
Directory类的常用方法成员有CreateDirectory(创建新目录)、Delete(删除目录)、Exists(判断目录是否存在)、Move(移动目录)、GetFiles(获得目录的文件列表)、GetDirectories(获得子目录列表)等。
DirectoryInfo类的常用字段成员有Name(提取目录名)、Exists（判断目录是否存在）、Parent(父目录)、Root(根目录)、MoveTo(移动目录)、GetFiles(获得目录的文件列表)、GetDirectories(获得子目录列表)等。例如，以下代码分别展现了Directory类和DirectoryInfo类的基本方法。
Directory.CreateDirectory(@"d:\C#程序设计"); if(Directory.Exists(@"d:\C#程序设计")) { Console.WriteLine("创建成功"); } Directory.Delete(@"d:\C#程序设计"); if (!Directory.Exists(@"d:\C#程序设计")) { Console.WriteLine("删除成功"); } DirectoryInfo dir = new DirectoryInfo(@"d:\C#程序设计"); if (!dir.Exists) { dir.Create(); } else { Console.WriteLine("该目录已经存在"); }
三、 文件
.NET Framework提供了File类和FileInfo类，以方便在程序中直接操作文件。File和FileInfo类位于System.IO命名空间，都可以用来实现创建、复制、移动、打开文件等操作。File类和FileInfo类与Directory类和DirectoryInfo类的工作方式相似。File类是一个静态类，可直接调用其方法成员。FileInfo类不是静态类，需要先创建实例。
（一）、文件类File
File类的常用方法
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常 用 方 法 |
介 绍 |
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Open() |
打开文件 |
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Create() |
创建文件 |
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Copy() |
复制文件 |
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Delete() |
删除文件 |
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Exists() |
判断文件是否存在 |
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Move() |
移动文件 |
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Replace() |
替换文件 |
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AppendAllText() |
新建文件并添加文本 |
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ReadAllText() |
打开并读取文本内容 |
下面通过一个示例演示File类的用法。
(1) 创建一个名为FileCreate的控制台应用程序项目
(2) 修改Program.cs文件中的Main方法的内容如下：
//设置所要创建文件的绝对路径 string path = @"d:\test.txt"; //以路径为参数创建文件 File.Create(path);
代码中变量path给出类文件的路径，利用File类的Create方法创建类该文件。查看D盘根目录，会有一个新的test.txt的文档出现。
（二）、 文件信息类 FileInfo
文件信息类FileInfo与File类不同，它虽然也提供类创建、复制、删除、移动和打开文件的方法，并且帮助创建FileStream对象，但是它提供的仅仅是实例方法。
FileInfo类常用字段
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常用字段 |
介绍 |
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Name |
提取文件名 |
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Directory |
所属目录 |
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Exists |
是否存在（继承自父类FileSystemInfo） |
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Extension |
文件扩展名 |
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Length |
文件长度 |
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IsReadOnly |
是否为只读 |
FileInfo类常用方法
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常用方法 |
介绍 |
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Open() |
打开文件 |
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Create() |
创建文件 |
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CopyTo() |
复制到新文件 |
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Delete() |
删除文件 |
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MoveTo() |
移动文件 |
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Replace() |
替换文件 |
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EnCrypt() |
加密文件 |
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Decrypt() |
解密文件 |
因此要使用FileInfo类，必须先实例化一个FileInfo对象。FileInfo类的常用方法与File类基本相同。
与文件类File和文件夹类Directory相比，文件信息类FileInfo和文件夹信息类DirectoryInfo具有其大部分功能。
* File类和Directory类适合对不同的对象进行单一的处理。此种特殊情况下，静态方法的调用速度比较快，不用进行实例化。
* FileInfo类和DirectoryInfo类适合用于对同一文件或文件夹进行多种操作的情况。此种情况下，实例化后的对象不需要每次都寻找文件，可以直接对该文件进行操作。
（三）、 路径
每个驱动器包含一个或多个目录，而每个目录又可以包含一个或多个子目录，目录的结构为树形结构。一个文件只能保存在树形结构的某个特定的目录中，文件所在位置为路径。要检索文件时，必须首先确定文件的路径。路径由驱动器盘符、目录名、文件名、文件扩展名和分隔符组成，有两种种表示方法：一种是从驱动器的根目录开始书写，如C:\Windows\System32\notepad.exe，这种路径称为绝对路径；另一种是从当前目录位置开始书写，如System32\notepad.exe（假设当前目录为C:\Windows），这种路径称为相对路径。
在C#中，使用文件和目录路径时要十分谨慎。C#将反斜杠”\”字符视作转义符，因此当路径表示为字符串时，要使用两个反斜杠表示，例如：
“C:\\Windows\\System32\\notepad.exe”
另外，C#允许在字符串前添加”@”标志，以提示编译器不要把”\”字符视作转义符，而视作普通字符，例如：
@”C:\Windows\System32\notepad.exe”
.NET Framework提供了Path类，以帮助在程序中管理文件和目录路径，Path类位于System.IO命名空间，是一个静态类，可以用来操作路径的每一个字段，如驱动器盘符、目录名、文件名、文件扩展名和分隔符等。Path类的常用字段成员有PathSeperator（路径分隔符，如”;”）、DirectorySeparatorChar（目录分隔符，如”\”）、VolumeSeparator（卷分隔符，如”:”）、AltDirectorySeparator（替换目录分隔符，如”/”），常用的方法成员有GetDirectoryName（取目录名）、GetFileName（取文件名）、GetExtension（取文件扩展名）、GetFullPath（取完整路径）、GetTempPath（取操作系统的临时文件路径）等，例如，以下代码表示提取并显示路径中的目录名和文件名。
string path = @"c:\windows\System32\notepad.exe"; Console.WriteLine(Path.GetDirectoryName(path)); Console.WriteLine(Path.GetFileName(path));
其中，目录名为”C:\Windows\System32”，文件名为”notepad.exe”。
四、文件流概述
在.NET Framework中，文件和流是有区别的。文件是存储在磁盘上的数据集，它具有名称和相应的路径。当打开一个文件并对其进行读/写时，该文件就称为流（stream）。但是，流不仅仅是指打开的磁盘文件，还可以是网络数据。.Net Framework允许在内存中创建流。此外，在控制台应用程序中，键盘输入和文本显示都是流。流包括以下基本操作：
* 读取（read）：把数据从流传输到某种数据结构中，如输出到字符数组中。
* 写入（write）：把数据从某种数据结构传输到流中，如把字节数组中的数据传输到流中。
* 定位（seek）：在流中查找或重新定位当前位置。
（一）、操作流的类
1. Stream类
Stream类是所有流的抽象基类。Stream类的主要属性有CanRead（是否支持读取）、CanSeek（是否支持查找）、CanTimeout（是否可以超时）、CanWrite（是否支持写入）、Length（流的长度）、Position（获取或设置当前流中的位置）、ReadTimeout（获取或设置读取操作的超时时间）、WriteTimeout（获取或设置写操作的超时时间），主要方法有BeginRead（开始异步读操作），BeginWrite（开始异步写操作）、Close（关闭当前流）、EndRead（结束异步读操作）、EndWrite（结束异步写操作）、Flush（清除流的所有缓冲区并把缓冲数据写入基础设备）、Read（读取字节序列）、ReadByte（读取一个字节）、Seek（设置查找位置）、Write（写入字节序列）、WriteByte（写入一个字节）。
2. FileStream、MemoryStream和BufferedStream类
文件流类FileStream以流的形式读、写、打开、关闭文件。另外，它还可以用来操作诸如：管道、标准输入/输出等其他与文件相关的操作系统句柄。
内存流MemoryStream类用来在内存中创建流，以暂时保持数据，因此有了它就无须在硬盘上创建临时文件。它将数据封装为无符号的字节序列，可以直接进行读、写、查找操作。
缓冲流BufferedStream类表示把流先添加到缓冲区，再进行数据的读/写操作。缓冲区是存储区中用来缓存数据的字节块。使用缓冲区可以减少访问数据时对操作系统的调用次数，增强系统的读/写功能。
注意，FileStream类也有缓冲功能，在创建FileStream类的实例时，只需要指定缓冲区的大小即可。
3. StreamReader和StreamWriter类
流读取器StreamReader类用来以一种特定的编码（如：UTF-8）从字节流中读取字符，流写入器StreamWriter类用来以一种特定的编码（如：UTF-8）向流中写入字符。StreamReader和StreamWriter类一般用来操作文本文件。
4. BinaryReader和BinaryWriter类
BinaryReader类用特定的编码将基元数据类型读作二进制。BinaryWriter类以二进制形式将基元类型写入流，并支持用特定的编码写入字符串。
5. 文件流类 FileStream
文件流类FileStream公开了以文件为主的Stream，既支持同步读/写操作，也支持异步读/写操作，FileStream类的特点是操作字节和字节数组。这种方式不适合操作用字符数据构成的文本文件，适合处理非文本文件。FileStream类提供了对文件的低级而复杂的操作，因此能够实现更多高级的功能。
下面演示FileStreamWriter类的基本用法：
//要写入文件的字符数组 char[] m_cDataWrite = new char[100]; //包含要写入该流的数据的缓冲区 byte[] m_bDataWrite = new byte[100]; try { //创建d:\file.txt的FileStream对象 FileStream m_FileStream = new FileStream(@"d:\file.txt", FileMode.OpenOrCreate); //将要写入的字符串转换成字符数组 m_cDataWrite = "test filestream".ToCharArray(); //通过UTF-8编码方法将字符数组转成字节数组 Encoder m_Enc = Encoding.UTF8.GetEncoder(); m_Enc.GetBytes(m_cDataWrite, 0, m_cDataWrite.Length, m_bDataWrite, 0, true); //设置流当前位置为文件开始位置 m_FileStream.Seek(0, SeekOrigin.Begin); //将字节数组中的内容写入文件 m_FileStream.Write(m_bDataWrite, 0, m_bDataWrite.Length); if (m_FileStream != null) { //清除此流的缓冲区，使得所有缓冲的数据都写入到文件中 m_FileStream.Flush(); m_FileStream.Close(); } } catch (Exception ex) { Console.WriteLine("There is an IOException"); Console.WriteLine(ex.Message); } Console.WriteLine("Write to File Succeed!");
代码中首先给出了文件夹的路径，利用Write方法向文件中写入部分字符串。
下面演示FileStreamReader类的基本用法：
//要写入文件的字符数组 char[] m_cDataWrite = new char[100]; //包含要写入该流的数据的缓冲区 byte[] m_bDataWrite = new byte[100]; try { //创建d:\file.txt的FileStream对象 FileStream m_FileStream = new FileStream(@"d:\file.txt", FileMode.Open); //设置流当前位置为文件开始位置 m_FileStream.Seek(0, SeekOrigin.Begin); //将文件的内容存到字节数组中（缓存） m_FileStream.Read(m_bDataWrite, 0, 100); } catch (Exception ex) { Console.WriteLine("There is an IOException"); Console.WriteLine(ex.Message); } //通过UTF-8编码方法将字符数组转换成字符数组 Decoder m_Dec = Encoding.UTF8.GetDecoder(); m_Dec.GetChars(m_bDataWrite, 0, m_bDataWrite.Length, m_cDataWrite, 0); Console.WriteLine("Read from file Succeed!"); Console.WriteLine(m_cDataWrite);
代码中首先给出了文件夹的路径，利用Read方法从文件中读取了部分字符串。
6. StreamWriter和StreamReader类
应用FileStream类需要许多额外的数据类型转换操作，十分影响效率。StreamWriter类允许直接将字符和字符串写入文件。下面演示其用法：
try { //保留文件现有数据，以追加写入的方式打开d:\file.txt文件 StreamWriter m_SW = new StreamWriter(@"d:\file.txt", true); //向文件写入新字符串，并关闭StreamWriter m_SW.WriteLine("Another File Operation Method"); m_SW.Close(); } catch (Exception ex) { Console.WriteLine("There is an IOException"); Console.WriteLine(ex.Message); } StreamWriter类提供了另一种从文件中读取数据的方法，下面演示其用法： try { //以绝对路径方式构造新的StreamReader对象 StreamReader m_SR = new StreamReader(@"d:\file.txt"); //用ReadToEnd方法将d:\file.txt中的数据全部读入到字符串m_Data中，并关闭StreamReader string m_Data = m_SR.ReadToEnd(); m_SR.Close(); Console.WriteLine(m_Data); } catch (Exception ex) { Console.WriteLine("There is an IOException"); Console.WriteLine(ex.Message); }
7. BinaryReader和BinaryWriter类
BinaryWriter类是除了FileStream和StreamWriter类之外另一种向文件写入数据的方式，与之前两种方式不同，BinaryWriter类将基础数据（如：字符串）以二进制形式写入文件流中，并支持用特定的编码写入。下面演示其用法：
FileStream m_FS = new FileStream(@"d:\data.dat", FileMode.Create); //通过文件流创建相应的BinaryWriter BinaryWriter m_BW = new BinaryWriter(m_FS); for(int i = 0; i < 11; i++) { //向d:\data.dat中写入数据 m_BW.Write((int)i); } m_BW.Close(); m_FS.Close();
代码中首先给出了文件夹的路径，利用BinaryWriter类的Write方法向文件中写入部分二进制字符。该文件是以二进制存储的，因此用记事本打开时，将无法观察到正确的字符，必须使用支持二进制的文本阅读器。
BinaryReader类是和BinaryWriter类相对应的二进制数据读取类。它用特定的编码将基元数据类型（如：字符串类型）读作二进制值。
FileStream m_FS = new FileStream(@"d:\data.dat", FileMode.Open, FileAccess.Read); //通过文件流创建相应的BinaryReader BinaryReader m_BR = new BinaryReader(m_FS); //从d:\data.dat中读取数据 for(int i = 0; i < 11; i++) { Console.WriteLine(m_BR.ReadInt32()); } m_BR.Close(); m_FS.Close(); Console.ReadLine();
代码中首先给出了文件夹的路径。利用BinaryReader类的ReadInt32方法从文件中读取了所有的二进制字符，并将其读为整数，便于输出。
五、 综合应用
（一）、创建日志文件
日志文件的作用是记录程序运行事件。通常使用文本文件保存数据。日志文件需要程序自动创建，并在指定的事件发生时，使用特定的格式把事件的相关数据记录到日志文件中。
1、技术要点
* 创建FileStream类实例时，能够通过该类构造函数的参数，指定打开文件的方式和读/写访问的方式。通过指定打开方式，实现日志文件的自动创建。
* 使用StreamWriter类实例写入文件时，因为部分数据可能由于系统缓慢而未能及时写入，所以在所有的写入操作完成后，需要调用Flush方法将缓冲区的文件内容更新到日志文件中。
* 使用StreamWriter类实例写入文件时，写入的方式与Console类似，可以使用WriteLine向文件中写入一行文本数据。
2 、实现代码
const string _FILENAME = @"..\..\logfile.txt"; static void Main() { //从指定的目录以打开或者创建的形式读取日志文件 using (FileStream fs = new FileStream(_FILENAME, FileMode.OpenOrCreate, FileAccess.Write)) { //创建日志文件的写入流 StreamWriter sw = new StreamWriter(fs); //向日志文件写入日志信息 Log("日志文件创建成功", sw); //关闭日志文件写入流 sw.Close(); Console.WriteLine("日志文件已创建"); } //读取并显示日志文件 using (StreamReader sr = new StreamReader(_FILENAME, Encoding.UTF8)) { string strContent = sr.ReadToEnd(); sr.Close(); Console.WriteLine(strContent); } Console.ReadLine(); } static void Log(String message, TextWriter tw) { tw.Write("Log Entry:"); tw.WriteLine("{0} {1}", DateTime.Now.ToLongTimeString(), DateTime.Now.ToLongDateString()); tw.WriteLine(" :"); tw.WriteLine(" :{0}", message); tw.WriteLine("----------------------------------"); //将缓冲区中的内容更新到日志文件中 tw.Flush(); }
3、 源程序解读
(1)程序引用了System.IO命名空间，在程序头部应添加对该命名空间的引用。
(2)程序中定义了表示文件路径的常量_FILENAME
(3)在创建FileStream类实例时，使用FileMode.OpenOrCreate模式，即文件不存在时就创建，存在时就打开已存在的文件。
（二）、对日志文件的读/写操作
日志文件的读/写和文本文件的读/写方法基本相同，日志文件除了使用StreamReader类和StreamWriter类的实例进行读/写外，还有一些记录事件的要求。例如，在写入数据时使用追加的方式、控制日志文件的大小等。
1、 技术要点
* 使用FileInfo类实例获取日志文件的大小，实现当日志文件的大小超出指定范围时清空日志数据的功能。并使用该类实例的OpenWrite方法，创建FileStream类实例进行写入文件的操作，实现日志文件的自动创建功能。
* 使用StreamWriter类中定义的Seek方法，将写入位置移动到文件末尾，实现将数据以追加方式写入日志文件的功能。
* 使用StreamReader类中定义的Peek方法，判断读取器是否已经读到日志文件的末尾。
2、 实现代码
//表示日志文件路径及文件名称的字符串 const string FILENAME = @"..\..\logfile.txt"; static void Main(string[] args) { //写入日志信息 WriteLogFile(FILENAME, "日志信息一"); //读取日志文件 Console.WriteLine(ReadLogFile(FILENAME)); Console.ReadLine(); } static string ReadLogFile(string FileNameWithPath) { //从指定的目录以打开或创建的形式读取日志文件 FileStream fs = new FileStream(FileNameWithPath, FileMode.OpenOrCreate, FileAccess.Read); //定义输出字符串 StringBuilder output = new StringBuilder(); //初始化该字符串的长度为0 output.Length = 0; //为上面创建的文件流创建读取数据流 StreamReader read = new StreamReader(fs); //设置当前流的起始位置为文件流的起始点 read.BaseStream.Seek(0, SeekOrigin.Begin); //读取文件 while(read.Peek() > -1) { //取文件的一行内容并换行 output.Append(read.ReadLine() + "\n"); } //关闭释放读数据流 read.Close(); //返回读到的日志文件内容 return output.ToString(); } static void WriteLogFile(string FileNameWithPath, string Message) { //定义文件信息对象 FileInfo finfo = new FileInfo(FileNameWithPath); //判断文件是否存在以及是否大于2K if(finfo.Exists && finfo.Length > 2048) { //删除该文件 finfo.Delete(); } //创建只写文件流 using(FileStream fs = finfo.OpenWrite()) { //根据上面创建的文件流创建写数据流 StreamWriter w = new StreamWriter(fs); //设置写数据流的起始位置为文件流的末尾 w.BaseStream.Seek(0, SeekOrigin.End); //写入"Log Entry:" w.Write("Log Entry:"); //写入系统的当前时间并换行 w.Write("{0} {1} \r\n", DateTime.Now.ToLongTimeString(), DateTime.Now.ToLongDateString()); //写入日志内容并换行 w.Write(Message + "\r\n"); //写入-------------------------并换行 w.Write("----------------------\r\n"); //清空缓冲区内容，并把缓冲区内容写入基础流 w.Flush(); w.Close(); }
运行结果如下：
Log Entry:14:26:09 2017年5月1日
日志信息一
3 、源程序解读
(1)本示例程序使用写日志文件的WriteLogFile方法向文件中写入一条信息数据，再通过读取日志文件的ReadLogFile方法将日志文件的数据显示出来。本示例程序的流程图如下所示： 
图1 对日志文件读/写操作示例程序流程图
(2)在写入日志文件的WriteLogFile方法中，首先打开并判断日志文件的大小是否超出了指定的尺寸。如果超出了指定的尺寸，就先将日志文件删除。然后通过FileInfo类实例的OpenWrite方法创建只写文件流，向该流中写入日志数据。
(3)在读取日志文件的ReadLogFile方法中，首先创建一个StringBuilder类的实例，用来获取日志文件中的文本数据。接着使用StreamReader类定义的BaseStream属性中的Seek方法，将读取器位置定位在流的开始位置，然后循环读取日志文件中的文本数据，并追加到StringBuilder类实例中，读取过程中，通过StreamReader类中定义的Peek方法判断是否读到文件末尾。
（三）、复制文件
静态File类中提供了许多操作文件的方法，使用Copy方法复制文件是比较常见的一种操作，调用Copy方法时，可以使用overwrite参数指定是否覆盖文件。
1、 技术要点
* 使用静态类File的Exists方法判断文件是否存在。
* 使用静态类File的Copy方法实现复制文件的功能，当文件存在时，通过指定override参数覆盖原有文件。
* 复制文件是系统操作，为了保证程序的稳定性，在复制文件的过程中需要捕获并处理异常。
2、 实现代码
//源文件路径及文件名 const string SOURCEFILENAME = @"..\..\myfile.txt"; //目标文件路径及文件名 const string DESTINATIONFILENAME = @"..\..\result.txt"; static void Main(string[] args) { try { //判断源文件是否存在 if(!File.Exists(SOURCEFILENAME)) { Console.WriteLine("找不到源文件"); } else if (File.Exists(DESTINATIONFILENAME)) { Console.Write("目标文件已经存在，是否覆盖？(Y/N)"); if(Console.ReadKey(false).Key == ConsoleKey.Y) { //覆盖文件 File.Copy(SOURCEFILENAME, DESTINATIONFILENAME, true); Console.WriteLine("复制文件完成"); } else { Console.WriteLine("取消复制文件"); } } else { //直接复制 File.Copy(SOURCEFILENAME, DESTINATIONFILENAME); Console.WriteLine("复制文件完成"); } } catch (Exception) { Console.WriteLine("复制文件失败"); } Console.ReadLine(); }
3 、源程序解读
(1)本示例使用File静态类的方法实现文件的复制操作。首先判断源文件是否存在，如果源文件不存在，不作任何处理就返回。接着判断目标文件是否存在，如果目标文件不存在，就直接复制文件，否则就询问是否覆盖现有的目标文件，当用户选择覆盖时，使用源文件覆盖目标文件。
(2)在复制文件的方法调用时，将复制文件的代码放在一个try...catch结构中，以便捕获并处理复制文件时出现的异常。
(3)程序执行后，将程序文件所在目录下生成一个名为”result.txt”的文本文件。内容与”myfile.txt”文件一致。
