IO输入输出

.NET标准库中，System.IO命名空间下包含了和输入/输出操作相关的工具类，包括文件系统操作、文件流、网络流等，这里我们简单介绍其中比较常用的内容。至于网络流相关的内容将在网络编程章节详细介绍。

Stream 流

所谓的Stream流，其实是一种对IO设备进行读写的抽象概念。我们读写的设备可以是磁盘、主存、网卡等，这些设备通常由硬件驱动程序来操作，而.NET为我们进一步封装了一层，将IO设备的读写操作暴露为统一接口，方便我们使用。C#中，所有的流都继承自Stream基类。

流有三个基本操作：

Read 读操作：用于从流中读取数据，对于字节流一般都是读入一个字节数组
Write 写操作：用于向流写入数据，对于字节流一般都是传入一个包含要写数据的字节数组
Seek 设置读写位置：无论读写流都会自动改变一个Position属性，每读写一个字节都会让其增加1，我们也可以手动调用Seek方法设置这个属性实现随机读写

FileStream 文件流

FileStream流用于读写文件系统中的文件，下面代码中，我们从一个文本文件中以字节流方式进行了读取，并打印了其中的内容。

// 开启文件流
FileStream fileStream = File.Open(@"E:\1.txt", FileMode.Open);
// 开辟1024字节的数组
byte[] buffer = new byte[1024];
// 从文件流中读入1024字节数据
fileStream.Read(buffer, 0, buffer.Length);
// 关闭文件流
fileStream.Close();

// 输出读取的内容
System.Text.Encoding encoding = System.Text.Encoding.UTF8;
string str = encoding.GetString(buffer);
Console.WriteLine(str);

上面代码的实现比较简单，只是尝试读取文件的前1024个字节，如果是一个较大的文件，你可能需要编写一个循环来读取其中的内容。这里还要提醒一点，流、文件句柄等资源在使用完毕后必须调用Close()或Dispose()释放，实际开发中更推荐使用控制流程语句章节介绍的using语句，它能在代码块结束或发生异常时保证资源一定被释放。

using FileStream fileStream = File.Open(@"E:\1.txt", FileMode.Open);
byte[] buffer = new byte[1024];
fileStream.Read(buffer, 0, buffer.Length);
// 离开作用域时自动释放，无需手动Close()

向文件流写入数据也十分简单，下面是一个例子。

// 开启文件流
FileStream fileStream = File.Open(@"E:/2.txt", FileMode.OpenOrCreate);
// 写入数据
string str = "你好，C#！";
System.Text.Encoding encoding = System.Text.Encoding.UTF8;
byte[] strBytes = encoding.GetBytes(str);
fileStream.Write(strBytes, 0, strBytes.Length);
// 关闭流
fileStream.Close();

代码中，我们将字符串以UTF-8编码转化为了字节数组，并写入字节流。

MemoryStream 内存流

我们进行文件和网络IO操作时，一些临时数据可以存储在内存中，以便进一步处理，MemoryStream用于以流的方式读写一块内存区域。下面例子代码简单演示了其用法。

string str = "你好，C#！";
System.Text.Encoding encoding = System.Text.Encoding.UTF8;
byte[] strBytes = encoding.GetBytes(str);

// 创建内存流
MemoryStream memoryStream = new MemoryStream(new byte[1024]);
// 向内存流写入数据
memoryStream.Write(strBytes, 0, strBytes.Length);
// 将流的读写位置重置
memoryStream.Seek(0, SeekOrigin.Begin);
// 从内存流读取数据
byte[] buf = new byte[1024];
memoryStream.Read(buf, 0, buf.Length);

Console.WriteLine(encoding.GetString(buf));

代码中我们对于同一个内存流，先写入了一部分数据，然后重置了其位置，最后又将数据重新读取了出来。

BufferedStream 缓冲流

BufferedStream需要和FileStream等基础的流类型配合使用，缓冲流使用了内存缓冲区进行块读写，相比直接使用FileStream等能够提高流读写的性能。注意这里所说的缓冲区和上面读写流使用的byte[] buf不是一个层次的概念，缓冲流中的缓冲区是.NET中更为底层的块读写实现。

// 创建缓冲流
FileStream fileStream = File.Open(@"E:\1.txt", FileMode.Open);
BufferedStream bufferedStream = new BufferedStream(fileStream);

// 读取数据
byte[] buf = new byte[1024];
bufferedStream.Read(buf, 0, buf.Length);

// 关闭流
bufferedStream.Close();
fileStream.Close();

System.Text.Encoding encoding = System.Text.Encoding.UTF8;
string str = encoding.GetString(buf);
Console.WriteLine(str);

默认情况下缓冲流使用的缓冲区为4KB，当然我们也可以手动指定其值，读写大文件时，我们可以将其调大。

NetworkStream 网络流

NetworkStream用于从网络套接字（Socket）中读写数据，有关这部分内容将在网络编程章节详细介绍。

字符流

如果读写文本文件，上面使用字节流的方式其实很不方便，我们需要以字节数组形式读取，然后将其转换为对应编码的字符串。对于文本文件.NET提供了StreamReader和StreamWriter，支持以文件行或字符数组的方式进行读取，使用字符流读写文本文件就方便很多了。

下面例子代码演示了如何使用StreamReader和StreamWriter读写文本文件。

// 创建字符读取流
StreamReader streamReader = new StreamReader(@"E:\1.txt");
// 从字符流中读取一行
string s = streamReader.ReadLine();
Console.WriteLine(s);
// 一次性读取剩余全部内容
string rest = streamReader.ReadToEnd();
// 关闭流
streamReader.Close();

// 创建字符写入流
StreamWriter streamWriter = new StreamWriter(@"E:\1.txt");
// 向流中写入数据（覆盖写入）
streamWriter.WriteLine("ha ha ha ~");
// 关闭流
streamWriter.Close();

上面例子中ReadLine()用于逐行读取，返回null表示已读到末尾；ReadToEnd()则是一次性读取剩余的全部内容。写入时StreamWriter默认覆盖文件内容，如果希望在文件末尾追加，可以使用new StreamWriter(path, append: true)构造。

文件系统操作

我们知道文件系统是操作系统的重要组成部分，文件系统提供了一系列接口用于文件和文件夹的增删改查操作，.NET也对文件系统的操作进行了便利的封装。

文件（File）和目录（Directory）

.NET中File和Directory是两个比较重要的工具类，它们被声明为静态类，其中包含了操作文件和目录的许多实用方法，包括移动、复制和删除文件（文件夹）等；此外，FileInfo和DirectoryInfo则是对于文件系统中文件和目录的抽象，这两个类则需要基于真正的文件和文件夹创建实例来使用。这两组API提供的功能其实有些重合，我们实际开发中需要根据具体使用场景具体选择。

// 创建文件
using (FileStream fs = File.Create(@"E:\3.txt"))
{
    // File.Create返回一个FileStream，同样需要释放
}

// 判断文件是否存在
bool exists = File.Exists(@"E:\3.txt");
Console.WriteLine(exists);

// 删除文件
File.Delete(@"E:\2.txt");

// 移动文件
File.Move(@"E:\1.txt", @"E:\2.txt");

// 拷贝文件
File.Copy(@"E:\2.txt", @"E:\1.txt");

// 读取文件所有内容
byte[] buf = File.ReadAllBytes(@"E:\2.txt");
System.Text.Encoding encoding = System.Text.Encoding.UTF8;
string str = encoding.GetString(buf);
Console.WriteLine(str);

上面代码实现了对一些文件的操作，至于Directory其实也是类似的，它同样提供了CreateDirectory()、Exists()、Delete()、Move()等静态方法，下面是一个简单的例子。

// 创建目录（目录已存在时不会报错，也不会重复创建）
Directory.CreateDirectory(@"E:\backup");
// 判断目录是否存在
bool dirExists = Directory.Exists(@"E:\backup");
// 获取目录下所有文件的路径
string[] files = Directory.GetFiles(@"E:\backup");
// 递归获取目录下所有子目录和文件中的文件
string[] allFiles = Directory.GetFiles(@"E:\backup", "*.*", SearchOption.AllDirectories);
// 删除目录及其全部内容
Directory.Delete(@"E:\backup", recursive: true);

文件内容的简便读写

实际开发中，读写文本文件最常见的需求就是「一次性读出全部内容」或「一次性写入全部内容」，这时没必要使用流，直接使用File类提供的简便方法即可，这也是实际开发中最常用的文件读写方式。

// 一次性读取文本文件全部内容（可指定编码，默认UTF-8）
string text = File.ReadAllText(@"E:\1.txt");

// 一次性写入文本（覆盖原有内容）
File.WriteAllText(@"E:\1.txt", "你好，C#！");

// 在文件末尾追加文本
File.AppendAllText(@"E:\1.txt", "追加一行\n");

// 按行读取为字符串数组
string[] lines = File.ReadAllLines(@"E:\1.txt");

// 按行写入字符串数组
File.WriteAllLines(@"E:\1.txt", new[] { "第一行", "第二行" });

对于大文件，File.ReadLines()（注意是ReadLines而非ReadAllLines）以IEnumerable<string>的形式惰性逐行返回内容，可以配合foreach边读边处理，而不必把整个文件一次性加载进内存。

foreach (string line in File.ReadLines(@"E:\big.log"))
{
    // 逐行处理，内存占用与文件大小无关
}

此外，上面介绍的FileStream、StreamReader等流类型还提供了ReadAsync()、WriteAsync()等异步版本的方法，在异步编程模型（见异步编程章节）下可以避免IO操作阻塞线程，例如File.ReadAllTextAsync()、streamReader.ReadToEndAsync()等。

Path 路径操作

Path是一个静态类，提供了对文件系统路径的解析、拼接等一系列操作。对于文件路径，相比我们自己手动操作字符串，使用Path工具类要更加靠谱。

string pathStr = @"E:\1.txt";

// 获取文件名
string filename = Path.GetFileName(pathStr);
// 获取文件名（不带扩展名）
string filenameWithoutExtension = Path.GetFileNameWithoutExtension(pathStr);
// 获取扩展名（包含点号，例如 .txt）
string extension = Path.GetExtension(pathStr);
// 获取文件的路径名
string directoryName = Path.GetDirectoryName(pathStr);
// 组合路径和文件名为完整的路径
string combinedPath = Path.Combine(@"E:\学习资料", "1.txt");
// 修改扩展名
string newPath = Path.ChangeExtension(pathStr, ".bak");

Path类中的方法都是纯字符串处理，不会去访问真实的文件系统，因此即使路径对应的文件不存在也可以正常使用。另外，不同操作系统的路径分隔符不同（Windows为\，Linux为/），这也是拼接路径应当使用Path.Combine()而非手动拼接字符串的原因之一。

作者：Gacfox