檔案處理

為什麼要讀寫檔案

到目前為止，程式裡的資料都放在記憶體：程式一結束，變數、陣列、ArrayList 裡的東西就全部消失。 要把資料保存下來（成績紀錄、設定、日誌），或讀進別人準備好的資料（老師給的成績表、網站匯出的 CSV），就要讀寫檔案。

本課只處理文字檔：內容是一行一行的文字，可以用記事本打開，例如 .txt、.csv。

路徑（path）告訴程式檔案在哪裡：

本課的範例都用相對路徑。逐步執行動畫的輸出區旁邊會出現檔案分頁：程式要讀的檔案，以及程式寫出來的檔案，點分頁就能看到程式結束時檔案的內容。

讀寫檔案要用到的類別分在兩個套件：

• java.io：FileWriter、BufferedWriter、PrintWriter、FileReader、BufferedReader、File，從 Java 早期就有
• java.nio.file：Files、Path，寫法更短，讀寫整個小檔案很方便（本課最後介紹）

FileWriter：覆寫、附加與 close

FileWriter w = new FileWriter("todo.txt");          // 覆寫模式：檔案原本的內容會被清空
FileWriter w = new FileWriter("todo.txt", true);    // 附加模式：寫在原本內容的後面
w.write("買牛奶\n");                                // 寫入字串；換行要自己寫 \n
w.close();                                          // 關閉檔案

• 檔案不存在時，FileWriter 會建立新檔案
• 第二個參數 true 表示附加（append），寫日誌時常用；不寫或寫 false 就是覆寫
• 一定要 close()：為了效率，寫入的文字會先放在記憶體的緩衝區（buffer），累積夠多才一次寫進磁碟。 close() 會先把緩衝區剩下的內容寫出去（flush），再關閉檔案。忘了 close，程式結束時緩衝區裡的內容就不見了，檔案可能是空的
• 每個開著的檔案都佔用作業系統的資源，用完要關閉，也是為了讓其他程式能使用這個檔案

檢查型例外與 try-with-resources

開啟檔案可能失敗：路徑不存在、沒有寫入權限、磁碟滿了。這些情況會拋出 IOException，它是檢查型例外（checked exception，第 12 課）： 呼叫可能拋出它的方法時，一定要處理，否則編譯錯誤 unreported exception IOException; must be caught or declared to be thrown。處理方式有兩種：

// 方式一：在方法宣告 throws，交給呼叫的人處理（main 宣告 throws，例外發生時程式中止並印出訊息）
public static void main(String[] args) throws IOException { … }

// 方式二：用 try-catch 接住
try {
    FileWriter w = new FileWriter("a.txt");
    …
} catch (IOException e) {
    System.out.println("寫檔失敗：" + e.getMessage());
}

用 try-catch 時有個麻煩：如果 write 拋出例外，後面的 close() 就不會執行，檔案沒有關閉。 以前要把 close() 放進 finally，還要再處理 close() 本身拋出的例外，程式很冗長。

Java 7 加入的 try-with-resources 解決了這個問題：在 try 後面的小括號裡開啟資源，不管是正常結束還是拋出例外，離開 try 區塊時都會自動呼叫 close()：

try (PrintWriter out = new PrintWriter(new BufferedWriter(new FileWriter("report.txt")))) {
    out.println("成績報告");
    out.printf("%s,%d%n", "Amy", 88);
}   // 這裡自動 out.close()

只要類別實作了 AutoCloseable 介面（檔案的讀寫類別都有實作），就能放進小括號；放好幾個資源時用分號隔開，關閉的順序和開啟的順序相反。

上面那行把三個類別包在一起，各有分工：

關閉最外層的 PrintWriter，裡面包著的 BufferedWriter、FileWriter 也會一起關閉。

逐行讀取：BufferedReader 與 Scanner

讀檔最常見的寫法是 BufferedReader 包著 FileReader，用 readLine() 一次讀一行：

try (BufferedReader in = new BufferedReader(new FileReader("poem.txt"))) {
    String line;
    while ((line = in.readLine()) != null) {   // 讀一行；讀到檔案結尾回傳 null
        System.out.println(line);
    }
}

• readLine() 回傳的字串不含行尾的換行字元
• 讀到檔案結尾時回傳 null，這是迴圈結束的條件。空白行回傳的是空字串 ""，不是 null
• while ((line = in.readLine()) != null) 是常見的簡寫：先把讀到的值指派給 line，再拿它和 null 比較。下面的動畫用比較好懂的寫法：迴圈前先讀一行，迴圈最後再讀下一行
• 檔案不存在時，new FileReader(…) 拋出 FileNotFoundException，它是 IOException 的子類別

要讀的是一個一個的數字或單字，用讀鍵盤輸入時用過的 Scanner 比較方便，把 System.in 換成 new File(…) 就好：

try (Scanner sc = new Scanner(new File("numbers.txt"))) {
    int sum = 0;
    while (sc.hasNextInt()) {      // 還有下一個整數嗎？
        sum += sc.nextInt();       // 數字之間用空白或換行隔開都可以
    }
}

new Scanner(new File(…)) 會拋出 FileNotFoundException，同樣要處理。File 類別代表一個路徑，還可以用 exists() 檢查檔案是否存在、delete() 刪除檔案。

Files 與 Path：一行讀寫整個檔案

java.nio.file 套件的 Files 類別提供 static 方法，讀寫小檔案只要一行，也不必自己 close：

Path p = Path.of("fruits.txt");                    // Path 代表一個路徑
Files.writeString(p, "apple\nbanana\n");           // 把整個字串寫進檔案（覆寫）
List<String> lines = Files.readAllLines(p);        // 讀出所有行，放進 List
String all = Files.readString(p);                  // 整個檔案讀成一個字串
boolean ok = Files.exists(p);                      // 檔案存在嗎？

• 這些方法同樣會拋出 IOException，要處理
• 預設使用 UTF-8 編碼，中文不會變成亂碼
• readAllLines、readString 會把整個檔案讀進記憶體，適合小檔案；幾百 MB 的大檔案請用 BufferedReader 逐行處理
• 要附加而不是覆寫：Files.writeString(p, "…", StandardOpenOption.APPEND)

實作：讀 CSV 算平均

CSV（Comma-Separated Values）用逗號分隔欄位，第一行通常是標題，試算表軟體都能匯入匯出：

name,score
Amy,88
Bob,75

處理每一行的步驟：

1. line.split(",") 切成字串陣列，例如 ["Amy", "88"]
2. Integer.parseInt(parts[1].trim()) 把分數轉成整數；trim() 去掉前後空白，避免 "88 " 轉換失敗拋出 NumberFormatException
3. 迴圈從索引 1 開始，跳過標題行

真實的 CSV 欄位裡可能有逗號（用雙引號包起來，例如 "台北市,大安區"），這時單純 split(",") 會切錯。正式專案通常使用現成的 CSV 函式庫。

重點回顧

• 相對路徑從工作目錄開始找；Windows 路徑字串裡的 \ 要寫成 \\
• new FileWriter(檔名) 覆寫、new FileWriter(檔名, true) 附加；write 不會自動換行
• 寫入的內容先放在緩衝區，close()（或 flush()）才會寫進檔案；忘了 close，檔案可能是空的
• IOException、FileNotFoundException 是檢查型例外：用 try-catch 接住，或在方法宣告 throws
• try-with-resources（Java 7 起）：try (資源) { … } 離開區塊時自動 close，就算拋出例外也一樣
• PrintWriter 包 BufferedWriter 包 FileWriter：有緩衝區，又能用 println、printf
• BufferedReader.readLine() 一次讀一行，讀到檔案結尾回傳 null；Scanner(new File(…)) 適合讀數字與單字
• Files.readAllLines、Files.readString、Files.writeString 與 Path.of：一行讀寫整個小檔案，不用自己 close
• 讀 CSV：split(",") 切欄位、Integer.parseInt 轉數字、跳過標題行