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====== 第十一章 文件IO ======

===== 11.1 System.IO命名空间 =====

=== 主要类 ===

| 类 | 用途 |
|----|------|
| File | 文件创建、复制、删除、移动等 |
| FileInfo | 文件详细信息和操作 |
| Directory | 目录操作 |
| DirectoryInfo | 目录详细信息和操作 |
| Path | 路径处理 |
| Stream | 字节流的抽象基类 |
| FileStream | 文件流 |
| MemoryStream | 内存流 |
| StreamReader | 字符流读取 |
| StreamWriter | 字符流写入 |
| BinaryReader | 二进制读取 |
| BinaryWriter | 二进制写入 |

===== 11.2 文件操作 =====

=== File类 ===

<code csharp>
using System.IO;

// 检查文件是否存在
bool exists = File.Exists(@"C:\test.txt");

// 创建文件
File.Create(@"C:\newfile.txt").Close();

// 写入文本
File.WriteAllText(@"C:\test.txt", "Hello World");
File.WriteAllLines(@"C:\lines.txt", new[] { "Line1", "Line2", "Line3" });
File.AppendAllText(@"C:\test.txt", "\nAppended text");

// 读取文本
string content = File.ReadAllText(@"C:\test.txt");
string[] lines = File.ReadAllLines(@"C:\lines.txt");

// 复制、移动、删除
File.Copy(@"C:\source.txt", @"C:\dest.txt", overwrite: true);
File.Move(@"C:\old.txt", @"C:\new.txt");
File.Delete(@"C:\delete.txt");

// 文件属性
var attributes = File.GetAttributes(@"C:\test.txt");
File.SetAttributes(@"C:\test.txt", FileAttributes.Hidden);

// 时间信息
DateTime creationTime = File.GetCreationTime(@"C:\test.txt");
DateTime lastWrite = File.GetLastWriteTime(@"C:\test.txt");
DateTime lastAccess = File.GetLastAccessTime(@"C:\test.txt");
</code>

=== FileInfo类 ===

<code csharp>
var fileInfo = new FileInfo(@"C:\test.txt");

if (fileInfo.Exists)
{
    Console.WriteLine($"文件名: {fileInfo.Name}");
    Console.WriteLine($"完整路径: {fileInfo.FullName}");
    Console.WriteLine($"大小: {fileInfo.Length} bytes");
    Console.WriteLine($"创建时间: {fileInfo.CreationTime}");
    Console.WriteLine($"修改时间: {fileInfo.LastWriteTime}");
    Console.WriteLine($"扩展名: {fileInfo.Extension}");
    Console.WriteLine($"目录: {fileInfo.DirectoryName}");
}

// 操作方法
fileInfo.CopyTo(@"C:\backup.txt", overwrite: true);
fileInfo.MoveTo(@"C:\newlocation.txt");
fileInfo.Delete();
</code>

===== 11.3 目录操作 =====

=== Directory类 ===

<code csharp>
// 创建目录
Directory.CreateDirectory(@"C:\NewFolder\SubFolder");

// 检查存在
bool exists = Directory.Exists(@"C:\TestFolder");

// 删除目录
Directory.Delete(@"C:\EmptyFolder");  // 空目录
Directory.Delete(@"C:\Folder", recursive: true);  // 递归删除

// 获取文件
string[] files = Directory.GetFiles(@"C:\TestFolder");
string[] txtFiles = Directory.GetFiles(@"C:\TestFolder", "*.txt");
string[] allFiles = Directory.GetFiles(@"C:\TestFolder", "*.*", SearchOption.AllDirectories);

// 获取子目录
string[] subDirs = Directory.GetDirectories(@"C:\TestFolder");

// 获取所有内容
string[] entries = Directory.GetFileSystemEntries(@"C:\TestFolder");

// 目录信息
DateTime creation = Directory.GetCreationTime(@"C:\TestFolder");
string parent = Directory.GetParent(@"C:\TestFolder\Sub").FullName;
string root = Directory.GetDirectoryRoot(@"C:\TestFolder");
</code>

=== DirectoryInfo类 ===

<code csharp>
var dirInfo = new DirectoryInfo(@"C:\TestFolder");

if (dirInfo.Exists)
{
    Console.WriteLine($"目录名: {dirInfo.Name}");
    Console.WriteLine($"完整路径: {dirInfo.FullName}");
    Console.WriteLine($"父目录: {dirInfo.Parent?.Name}");
    Console.WriteLine($"根目录: {dirInfo.Root.Name}");
    Console.WriteLine($"创建时间: {dirInfo.CreationTime}");
}

// 获取文件和目录
FileInfo[] files = dirInfo.GetFiles();
FileInfo[] txtFiles = dirInfo.GetFiles("*.txt");
DirectoryInfo[] subDirs = dirInfo.GetDirectories();

// 递归获取
FileInfo[] allFiles = dirInfo.GetFiles("*.*", SearchOption.AllDirectories);
</code>

===== 11.4 路径操作 =====

<code csharp>
using System.IO;

// 组合路径
string path1 = Path.Combine(@"C:\Folder", "file.txt");  // C:\Folder\file.txt
string path2 = Path.Combine(@"C:\Folder", "SubFolder", "file.txt");

// 获取路径各部分
string fileName = Path.GetFileName(@"C:\Folder\file.txt");           // file.txt
string fileNameNoExt = Path.GetFileNameWithoutExtension(@"C:\Folder\file.txt");  // file
string extension = Path.GetExtension(@"C:\Folder\file.txt");         // .txt
string directory = Path.GetDirectoryName(@"C:\Folder\file.txt");     // C:\Folder
string fullPath = Path.GetFullPath("file.txt");                      // 完整路径
string root = Path.GetPathRoot(@"C:\Folder\file.txt");               // C:\

// 修改路径
string changeExt = Path.ChangeExtension(@"C:\file.txt", ".doc");     // C:\file.doc

// 临时路径
string tempFile = Path.GetTempFileName();    // 创建临时文件
string tempPath = Path.GetTempPath();        // 临时目录
string randomFile = Path.GetRandomFileName(); // 随机文件名

// 路径特征检查
bool isRooted = Path.IsPathRooted(@"C:\file.txt");      // true
bool isRooted2 = Path.IsPathRooted("file.txt");          // false

// 跨平台路径
string altPath = Path.Combine("folder", "subfolder", "file.txt");
// Windows: folder\subfolder\file.txt
// Linux/macOS: folder/subfolder/file.txt
</code>

===== 11.5 流（Stream） =====

=== Stream基础 ===

<code csharp>
// 文件流
using (FileStream fs = new FileStream(@"C:\data.bin", FileMode.OpenOrCreate))
{
    // 写入数据
    byte[] data = Encoding.UTF8.GetBytes("Hello World");
    fs.Write(data, 0, data.Length);

    // 读取数据
    fs.Position = 0;
    byte[] buffer = new byte[fs.Length];
    int bytesRead = fs.Read(buffer, 0, buffer.Length);
    string text = Encoding.UTF8.GetString(buffer);
}

// FileMode枚举
// Create: 创建新文件，存在则覆盖
// CreateNew: 创建新文件，存在则异常
// Open: 打开现有文件
// OpenOrCreate: 打开或创建
// Append: 追加，若存在则定位到末尾
// Truncate: 打开并截断为零长度
</code>

=== 内存流 ===

<code csharp>
using (MemoryStream ms = new MemoryStream())
{
    // 写入
    byte[] data = Encoding.UTF8.GetBytes("Memory stream test");
    ms.Write(data, 0, data.Length);

    // 获取字节数组
    byte[] allBytes = ms.ToArray();

    // 读取
    ms.Position = 0;
    using (StreamReader reader = new StreamReader(ms))
    {
        string text = reader.ReadToEnd();
        Console.WriteLine(text);
    }
}

// 从字节数组创建
byte[] existingData = Encoding.UTF8.GetBytes("Existing data");
using (MemoryStream ms = new MemoryStream(existingData))
{
    // 读取existingData
}
</code>

===== 11.6 读写器 =====

=== StreamReader和StreamWriter ===

<code csharp>
// 写入文本
using (StreamWriter writer = new StreamWriter(@"C:\output.txt"))
{
    writer.WriteLine("第一行");
    writer.WriteLine("第二行");
    writer.Write("不换行");
    writer.Write("继续");
}

// 追加模式
using (StreamWriter writer = new StreamWriter(@"C:\output.txt", append: true))
{
    writer.WriteLine("追加的内容");
}

// 指定编码
using (StreamWriter writer = new StreamWriter(@"C:\output.txt", 
    append: false, encoding: Encoding.UTF8))
{
    writer.WriteLine("UTF-8编码");
}

// 读取文本
using (StreamReader reader = new StreamReader(@"C:\input.txt"))
{
    // 读取所有内容
    string allText = reader.ReadToEnd();

    // 读取一行
    reader.BaseStream.Position = 0;
    string line = reader.ReadLine();

    // 逐行读取
    reader.BaseStream.Position = 0;
    string currentLine;
    while ((currentLine = reader.ReadLine()) != null)
    {
        Console.WriteLine(currentLine);
    }
}

// 异步读写
using (StreamWriter writer = new StreamWriter(@"C:\async.txt"))
{
    await writer.WriteLineAsync("异步写入");
}

using (StreamReader reader = new StreamReader(@"C:\async.txt"))
{
    string text = await reader.ReadToEndAsync();
}
</code>

=== BinaryReader和BinaryWriter ===

<code csharp>
// 二进制写入
using (FileStream fs = new FileStream(@"C:\data.bin", FileMode.Create))
using (BinaryWriter writer = new BinaryWriter(fs))
{
    writer.Write(123);           // int
    writer.Write(45.67);         // double
    writer.Write("Hello");       // string
    writer.Write(true);          // bool
    writer.Write(new byte[] { 1, 2, 3 });  // byte[]
}

// 二进制读取
using (FileStream fs = new FileStream(@"C:\data.bin", FileMode.Open))
using (BinaryReader reader = new BinaryReader(fs))
{
    int num = reader.ReadInt32();
    double dbl = reader.ReadDouble();
    string str = reader.ReadString();
    bool flag = reader.ReadBoolean();
    byte[] bytes = reader.ReadBytes(3);

    Console.WriteLine($"{num}, {dbl}, {str}, {flag}");
}
</code>

===== 11.7 序列化 =====

=== JSON序列化（System.Text.Json） ===

<code csharp>
using System.Text.Json;

public class Person
{
    public string Name { get; set; }
    public int Age { get; set; }
    public string Email { get; set; }
}

// 序列化
Person person = new Person { Name = "张三", Age = 30, Email = "zhangsan@example.com" };
string json = JsonSerializer.Serialize(person);
File.WriteAllText(@"C:\person.json", json);

// 美化输出
string prettyJson = JsonSerializer.Serialize(person, new JsonSerializerOptions
{
    WriteIndented = true
});

// 反序列化
string jsonContent = File.ReadAllText(@"C:\person.json");
Person deserialized = JsonSerializer.Deserialize<Person>(jsonContent);

// 集合序列化
List<Person> people = new List<Person> { person, new Person { Name = "李四", Age = 25 } };
string listJson = JsonSerializer.Serialize(people);
var peopleList = JsonSerializer.Deserialize<List<Person>>(listJson);
</code>

=== XML序列化 ===

<code csharp>
using System.Xml.Serialization;

[Serializable]
public class Employee
{
    public string Name { get; set; }
    public int Id { get; set; }
    public decimal Salary { get; set; }
    [XmlIgnore]
    public string Password { get; set; }  // 不序列化
}

// XML序列化
Employee emp = new Employee { Name = "王五", Id = 1001, Salary = 5000 };
XmlSerializer xmlSerializer = new XmlSerializer(typeof(Employee));

using (FileStream fs = new FileStream(@"C:\employee.xml", FileMode.Create))
{
    xmlSerializer.Serialize(fs, emp);
}

// XML反序列化
using (FileStream fs = new FileStream(@"C:\employee.xml", FileMode.Open))
{
    Employee deserialized = (Employee)xmlSerializer.Deserialize(fs);
    Console.WriteLine(deserialized.Name);
}
</code>

===== 11.8 异步文件操作 =====

<code csharp>
// 异步读写文件
public async Task FileOperationsAsync()
{
    // 异步写入
    await File.WriteAllTextAsync(@"C:\async.txt", "异步内容");

    // 异步读取
    string content = await File.ReadAllTextAsync(@"C:\async.txt");

    // 异步流操作
    using (FileStream fs = new FileStream(@"C:\largefile.txt", FileMode.Open))
    using (StreamReader reader = new StreamReader(fs))
    {
        string line;
        while ((line = await reader.ReadLineAsync()) != null)
        {
            Console.WriteLine(line);
        }
    }
}

// 异步复制大文件
public async Task CopyLargeFileAsync(string source, string destination)
{
    using (FileStream sourceStream = new FileStream(source, FileMode.Open))
    using (FileStream destStream = new FileStream(destination, FileMode.Create))
    {
        await sourceStream.CopyToAsync(destStream);
    }
}
</code>

===== 练习题 =====

=== 基础练习 ===

1. **文件复制器**：编写程序将指定目录中的所有.txt文件复制到另一个目录。

2. **日志类**：实现简单的文件日志类，支持：
   - 按日期创建日志文件
   - 日志级别（Info、Warning、Error）
   - 文件大小限制，超过则创建新文件

3. **配置管理器**：实现JSON配置文件管理器：
   - 读取配置
   - 保存配置
   - 配置变更通知

=== 进阶练习 ===

4. **文件监视器**：使用FileSystemWatcher监视目录：
   - 检测文件创建、修改、删除、重命名
   - 记录所有变更到日志
   - 支持过滤特定文件类型

5. **文件分割器**：实现大文件分割和合并：
   - 按指定大小分割文件
   - 合并分割后的文件
   - 验证完整性

6. **文件加密器**：实现简单的文件加密：
   - 使用AES算法
   - 加密文件内容
   - 解密文件内容

=== 挑战练习 ===

7. **虚拟文件系统**：在内存中实现简单的文件系统：
   - 支持目录和文件
   - 支持基本的CRUD操作
   - 可导出到真实文件系统

8. **文件同步工具**：实现文件夹同步工具：
   - 单向/双向同步
   - 冲突检测和解决
   - 增量同步
   - 删除保护

===== 本章小结 =====

本章学习了C#文件IO操作：
  - File和FileInfo类
  - Directory和DirectoryInfo类
  - Path类的路径操作
  - Stream的概念和使用
  - 文本和二进制读写器
  - JSON和XML序列化
  - 异步文件操作

掌握文件IO是开发实际应用程序的基础技能。