Работа с файлами в C#

Работа с файлами в C#

В программах на языке С# при описании перемещения информации между устройствами часто применяется термин «поток» данных. В русском языке в контексте программирования под термином «поток» понимают два разных понятия: «Поток» от слова stream и «поток» от слова thread (виток). Поток от слова stream обозначает последовательную передачу данных между двумя устройствами, обычно между памятью компьютера и внешним устройством, например, с жестким диском. Направление передачи может быть от устройства в память (считывание), или, наоборот, из памяти в устройство (запись). Этот термин создает неопределенность, требующая для ее устранения дополнения словом «данных» («поток данных»). Поток от слова thread обозначает квант времени, выделяемый для обработки некоторому процессу.
Представляется, что для исключения такой неоднозначности понятия «поток» в русском языке применять слово «файл».
Под файлом обычно подразумевают блок информации, который пересылается или может быть перемещен с одного устройства на другое. Файл имеет имя, на которое налагаются ограничения операционной системы
Имена файлов имеют расширения, указывающие на приложение, в котором файл был создан. Чаще всего файлы хранятся на внешних устройствах памяти, но их можно передать на печатающее устройство, в канал связи и т.д.
Обработка информации, содержащейся в файле, выполняется только в оперативной памяти программы, поскольку скорости обмена информацией с жестким диском на несколько порядков ниже быстродействия компьютера. Поэтому обычный порядок выполнения программы:
• Считывание файла в оперативную память.
• Обработка.
• Сохранение файла на внешнем устройстве.
Хотя файлы могут быть связаны с разными устройствами (диски, флэш-память, компакт диски и т. д.), принцип обработки для них одинаков. Поэтому программирование операций ввода/вывода не зависит от устройства.
Рассматривают два вида файлов: байтовые и символьные. При передаче байтового файла содержимое байтов не учитывается, примером может служить файл, содержащий изображение, представляющий собой последовательность пикселей (может быть в сжатом виде). В символьном файле предусматривается интерпретация содержимого байтов, при этом учитываются не только информационные данные, но и управляющие символы (символы табуляции, признаки конца строки, конца файла и т. д.). Такой поток может содержать текст и числовые данные разных типов.
Одна и та же программа может работать с разными файлами, поэтому всегда надо указывать компьютеру, с каким именно файлом будет выполняться обработка в этот раз. Подключение файла к программе называется «открытием» файла. Открытие файла обеспечивает его связь с программой пользователя и запускает выполнение ряда операций, важнейшими из которых являются проверка на наличие на заданном устройстве указанного пользователем файла и готовность устройства к работе. Например, пользователь мог забыть вставить в компьютер флэш-память.
Чтобы с помощью одной программы можно было обрабатывать разные файлы, в программе объявляется «внутреннее» имя файла, которое может быть связано с любым файлом на диске. На это внутреннее имя файла налагаются требования, такие же как и для обычных имен переменных языка C#. На внешние имена файлов налагаются ограничения используемой операционной системы.
Для защиты информации от непреднамеренного разрушения (например, перезаписи файла другой информацией) пользователь должен всегда указывать, что он собирается делать с файлом: читать из него или писать в него.
Операции с файлом (чтение или запись) выполняются, начиная с текущей позиции в файле, которая непосредственно пользователем обычно не используется. Например, при вводе чисел из файла будет вводиться то число, которое размещено, начиная с текущей позиции в файле, и заканчивается последующим за числом разграничителем («белым пробелом» (white space): пробелом, символом конца строки или символом табуляции). После выполнения этой операции текущая позиция автоматически устанавливается на следующее число.
Начальная установка текущей позиции в файле зависит от режима работы с файлом. При открытии файла в режиме чтения или записи текущая позиция устанавливается на первый байт файла. В режиме записи существующий файл переписывается новой информацией, т.е. старая информация уничтожается; если же файл не существует, то он будет создан, и в него будет занесена информация. В режиме добавления текущая позиция устанавливается на 1-й байт за последним символом файла, поэтому добавляемая информация будет приписана к концу существующего файла, если файл существует. В режиме ОpenOrCreate если файл не существует, он будет создан.
При считывании одного элемента данных (числа, символа, строки символов) указатель текущей позиции файла устанавливается на следующий подлежащий считыванию элемент.
Для всех операций с файлами созданы библиотеки классов, входящие в пространство имен System.IO. Перед началом работы с файлами надо обязательно подключить это пространство имен. Базовым является класс Stream, от которого наследуются все классы для работы с потоками.
Ниже перечислены наиболее часто используемые классы, необходимые при работе с файлами.
Имя класса Назначение и состав
FileStream Класс для объявления байтового файла, допускающего как запись в него информации, так и считывание.
StreamReader Класс, производный от класса FileStream и обеспечивающий считывание символьных данных из потока
StreamWriter Класс, производный от класса FileStream и обеспечивающий запись символьных данных в поток.
FileInfо Имеет функциональность класса FileStream, но позволяет также получить дополнительную информацию (время создания, время обновления, атрибуты файла: архивный, сжатый, шифрованный и т. д.).
DirectoryInfо Имеет возможности создания и удаления папок, но предоставляет также дополнительную информацию (время создания, время обновления, атрибуты папки и т. д.).
FileSystemInfо Это базовый класс для классов FileInfо и DirectoryInfо, предоставляет возможность одновременной работы как с файлами, так с и каталогами, переопределяя соответствующие методы.
FileSystemWatcher Содержит обработчики событий для реакции на события для файловой системы.
Принципиальной разницы для работы с байтовыми и символьными потоками нет. Особенностями байтовых потоков является невозможность просмотра их человеком, а также возможность записи информации с произвольного места. Эта возможность появилась в последних версиях языков программирования, и обеспечивает, например, средства для вставки звуковой дорожки в видеоклипы.
Установка позиции в файле обеспечивает метод, имеющий формат:
имя_файла.Seek(long newPos, SeekOrigin pos)
Исходная позиция в файле для начала считывания или записи задает переменная pos типа SeekOrigin. От этой позиции отсчитывается смещение (в положительном или отрицательном направлении), заданное параметром newPos типа long. Благодаря такому типа переменной смещение может иметь значение до 4 Гбайт. Исходных позиций с помощью класса SeekOrigin может быть задано три:
Значение Описание
SeekOrigin.Begin Исходная позиция - начало файла
SeekOrigin.Current Исходной является текущая позиция в файле
SeekOrigin.End Исходная позиция - конец файла
После установки методом Seek текущей позиции в файле последующая операция чтения или записи выполняется с этой позиции.
Для работы с файлом, представляющего собой символьный поток, базовым является класс FileStream. У этого класса есть два производных (StreamReader и StreamWriter), которые предназначены для работы только с символьными файлами, причем первый из них допускает только чтение, а второй только запись. Поэтому нельзя одновременно читать из файла и писать в него.
Чтобы открыть файл, требуется объявить объект класса FileStream или (StreamReader или StreamWriter) с вызовом конструктора. Таких перегруженных конструкторов имеется несколько. Параметры конструктора задают все необходимые режимы и атрибуты. Далее будут рассмотрен только класс FileStream, который является универсальным.
Самый простой вариант оператора для открытия байтового файла имеет вид:
FileStream внутр_имя_файла = new FileStream (имя_файла, FileMode.режим);
Внешнее имя файла содержит кроме также полный путь к файлу. Обратите внимание, как прописан путь к файлу (две обратных косых черты):
FileStream MyFile = new FileStream ("C:\Temp\MyFile.txt", FileMode.Create);
Возможен и другой вариант (для неуправляемого кода):
FileStream MyFile = new FileStream (&"C:TempMyFile.txt", FileMode.Create);
Обратите внимание на одинарные обратные косые черточки и символ & перед строкой, задающей путь к файлу.
где:
имя_файла Заданное программистом внешнее имя файла, под которым файл сохранен на каком-либо устройстве. В конструкторе прописывается полный путь к файлу (с двойными обратными косыми черточками). Если путь прописывать нежелательно, файл должен быть в той же папке, в которой находится файл с расширением .exe, либо подключен к проекту, как показано ниже (самый надежный способ, поскольку при переносе программы на другой компьютер ничего никуда копировать не надо).
режим Записывается за ключевым словом FileMode после точки
Append Новые данные добавляются в конец существующего файла.
Create Создается новый файл. Если файл по этому пути уже есть, то он удаляется.
CreateNew Создается новый файл при условии, что такой файл отсутствует.
Open Открывает существующий файл.
ОpenOrCreate Открывает существующий файл. Если файл отсутствует, то создается новый.
Truncate Открывает существующий файл, но текущая позиция устанавливается на начало файла, и длина файла устанавливается нулевой.
Такое множество режимов предназначено для гибкого управления файлами. Например, режим CreateNew позволяет запретить создание нового файла, если такой файл уже есть. Раньше (например, в языке С++) существовало только три режима для открытия файла: открыть для чтения, открыть для записи и открыть для добавления.
Разнообразие режимов открытия файлов позволяет широко использовать обработку исключительных ситуаций, а наличие класса FileSystemWatcher еще более расширяет возможности управления файлами.
Для работы с файлами предусмотрены следующие исключительные ситуации, некоторые из которых перечислены ниже.
Исключение Смысл
FileNotFoundException Указанный путь к файлу неправильный.
IOException Нельзя открыть файл из-за ошибки файловой системы.
ArgumentNullException Имя файла не задано.
ArgumentException Неправильно указан режим.
SecurityException Пользователю не разрешен доступ к файлу.
DirectoryNotFoundException Ошибка в имени папки.
Ошибки при обращении к файлу достаточно распространены, приведенные выше исключительные ситуации позволяют устранить (по возможности) проблему, например, повторив ввод имени файла или папки.
Класс FileStream предназначен для работы с байтовыми файлами. Для работы с символьными файлами используются классы StreamReader и StreamWriter.
Если открыт файл класса StreamReader, то для считывания данных из файла можно воспользоваться методами Read и ReadLine, которые использовались с классом Console. Аналогично, для класса StreamWriter применяют методы Write и WriteLine.
Простейшие конструкторы для этих классов в качестве параметра содержат только путь к имени файла.
В классе StreamWriter имеется конструктор, параметрами которого кроме имени файла является также режим добавления. При значении этого параметра true данные добавляются к концу файла, при значении false файл переписывается с самого начала.
В классе StreamReader имеется конструктор, у которого кроме имени файла существует параметр Encoding для указания кодировки.
Ниже приведен пример, в котором данные вводятся в файл с клавиатуры и переписываются в файл.
static void Main(string[ ] args)
{
StreamWriter FileOut = new StreamWriter("C:\Temp\CrText.txt", true);
Console.WriteLine("Введите текст");
string str = "a";
while (!str.Equals(""))// Пока не пустая строка
{
str = Console.ReadLine();
if(!str.Equals("")) FileOut.WriteLine(str);
}
FileOut.Close(); // Закрыть файл
}
В примере ввод с клавиатуры выполняется до тех пор, пока не будет введена пустая строка (вместо ввода нажатие на клавишу Enter). Если файла нет, он будет создан. Если файл существует, он будет переписан. (Проверка внутри цикла запрещает запись пустой строки)
Числа перед выводом в файл надо преобразовать в соответствующий тип (целые, с фиксированной точкой и т. д.). Ниже приведен пример.
static void Main(string[ ] args)
{
StreamWriter FileOut = new StreamWriter("C:\Temp\CrText.txt", false);
double num = 0;
string str = "";
Console.WriteLine("Вводите числа");
while (num != -1)// Пока не -1
{
str = Console.ReadLine();
num = double.Parse(str);
if (num != -1)FileOut.WriteLine("{0,10:F2} ", num);
}
FileOut.Close(); // Закрыть файл
}
Параметр false в конструкторе объявления файла для вывода FileOut означает, что файл будет переписываться.
Вывод в файл для этой программы может иметь вид:

Ниже приведен пример, в котором данные из одного файла копируются в другой с использованием классов StreamWriter и StreamReader. При чтении указана кодировка по умолчанию (Default, так проще, чтобы не думать, в какой кодировке записан файл). При записи выполняется переписывание файла.
static void Main()
{
StreamReader FileIn = new StreamReader("C:\Text.txt",Encoding.Default);
StreamWriter FileOut = new StreamWriter("C:\RetText.txt",false);
string str;
while ((str = FileIn.ReadLine()) != null) // Пока не конец файла
{
FileOut.WriteLine(str);
}
FileIn.Close();
FileOut.Close();
}
Обратите внимание: чтение из файла выполнено в заголовке цикла, но оператор заключен в скобки (str = FileIn.ReadLine()), поскольку не разрешается применять в условии операцию равенства.
Отметим, что все методы ввода и вывода имеют разновидность с добавлением слова Async (например, WriteLineAsync, ReadAsync и т. д.), которое указывает на то, что операция выполняется асинхронно. В этом варианте предусматривается выполнение операции в другом потоке процесса.