Java输入输出：让程序能与世界“对话”

1.控制台输入输出：最基本的对话方式

1.1 System.out：程序的"嘴巴"

public class ConsoleOutput {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("=== 控制台输出 ===");
        
        // 1. System.out.println() - 输出后换行
        System.out.println("大家好！");  // 输出后自动换行
        System.out.println("我是Java程序。");
        
        // 2. System.out.print() - 输出后不换行
        System.out.print("今天是");
        System.out.print("美好的一天！");  // 这两行会连在一起
        System.out.println();  // 手动换行
        
        // 3. System.out.printf() - 格式化输出（最强大！）
        String name = "张三";
        int age = 20;
        double score = 95.5;
        
        System.out.printf("姓名: %s, 年龄: %d, 成绩: %.2f\n", name, age, score);
        
        // 更多格式化示例
        System.out.printf("圆周率: %.3f\n", 3.1415926);   // 保留3位小数
        System.out.printf("百分比: %.1f%%\n", 85.5);      // 显示百分号
        System.out.printf("学号: %05d\n", 123);           // 5位数字，不足补0
        System.out.printf("价格: %,.2f元\n", 1234567.89); // 千位分隔符
        
        // 4. 输出特殊字符
        System.out.println("特殊字符：");
        System.out.println("换行：第一行\n第二行");      // \n 换行
        System.out.println("制表符：A\tB\tC");          // \t 制表符
        System.out.println("反斜杠：\\");               // \\ 反斜杠
        System.out.println("双引号：\"你好\"");         // \" 双引号
        System.out.println("单引号：\'Java\'");         // \' 单引号
        
        // 5. 输出各种数据类型
        System.out.println("\n各种数据类型输出：");
        System.out.println("布尔值：" + true);
        System.out.println("整数：" + 100);
        System.out.println("小数：" + 3.14);
        System.out.println("字符：" + 'A');
        System.out.println("字符串：" + "Hello");
        
        // 6. 组合输出
        System.out.println("\n=== 学生信息卡 ===");
        System.out.println("姓名：李四");
        System.out.println("年龄：22岁");
        System.out.println("专业：计算机科学");
        System.out.println("成绩：A+");
        System.out.println("===================");
    }
}

1.2 Scanner：程序的"耳朵"

import java.util.Scanner;

public class ConsoleInput {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("=== 控制台输入 ===");
        
        // 创建Scanner对象（System.in表示从键盘输入）
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        
        // 1. 读取字符串
        System.out.print("请输入你的名字: ");
        String name = scanner.nextLine();  // 读取整行
        System.out.println("你好，" + name + "！");
        
        // 2. 读取整数
        System.out.print("请输入你的年龄: ");
        int age = scanner.nextInt();  // 读取整数
        System.out.println("你今年" + age + "岁");
        
        // 3. 读取小数
        System.out.print("请输入你的身高(米): ");
        double height = scanner.nextDouble();  // 读取小数
        System.out.println("你的身高是" + height + "米");
        
        // 4. 读取单词（空格分隔）
        System.out.print("请输入三个你喜欢的颜色（用空格分开）: ");
        String color1 = scanner.next();  // 读取第一个单词
        String color2 = scanner.next();  // 读取第二个单词
        String color3 = scanner.next();  // 读取第三个单词
        System.out.println("你喜欢的颜色是: " + color1 + ", " + color2 + ", " + color3);
        
        // 注意：nextInt/nextDouble后如果要读取字符串，需要先消耗换行符
        scanner.nextLine();  // 消耗掉nextDouble留下的换行符
        
        // 5. 读取布尔值
        System.out.print("你喜欢Java吗？(true/false): ");
        boolean likeJava = scanner.nextBoolean();
        if (likeJava) {
            System.out.println("太好了！让我们一起学好Java！");
        } else {
            System.out.println("Java其实很有趣，再试试看！");
        }
        
        // 6. 读取单个字符
        System.out.print("请输入一个字符: ");
        char ch = scanner.next().charAt(0);  // 读取第一个字符
        System.out.println("你输入的字符是: '" + ch + "'");
        
        // 关闭Scanner（好习惯）
        scanner.close();
    }
}

1.3 综合示例：用户注册系统

import java.util.Scanner;

public class UserRegistration {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("=== 用户注册系统 ===");
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        
        // 收集用户信息
        System.out.print("请输入用户名: ");
        String username = scanner.nextLine();
        
        System.out.print("请输入密码: ");
        String password = scanner.nextLine();
        
        System.out.print("请输入年龄: ");
        int age = scanner.nextInt();
        scanner.nextLine();  // 消耗换行符
        
        System.out.print("请输入邮箱: ");
        String email = scanner.nextLine();
        
        System.out.print("请输入手机号: ");
        String phone = scanner.nextLine();
        
        // 显示注册信息
        System.out.println("\n=== 注册信息确认 ===");
        System.out.printf("%-10s: %s\n", "用户名", username);
        System.out.printf("%-10s: %s\n", "密码", "******");  // 隐藏密码
        System.out.printf("%-10s: %d\n", "年龄", age);
        System.out.printf("%-10s: %s\n", "邮箱", email);
        System.out.printf("%-10s: %s\n", "手机号", phone);
        
        // 验证确认
        System.out.print("\n确认注册吗？(y/n): ");
        String confirm = scanner.next();
        
        if (confirm.equalsIgnoreCase("y")) {
            System.out.println("注册成功！欢迎，" + username + "！");
        } else {
            System.out.println("注册已取消。");
        }
        
        scanner.close();
    }
}

2.文件操作：让程序有"记忆力"

2.1 写入文件：保存数据

import java.io.FileWriter;
import java.io.IOException;
import java.io.PrintWriter;

public class WriteToFile {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("=== 写入文件 ===");
        
        try {
            // 1. 使用FileWriter写入文件（会覆盖原有内容）
            FileWriter writer = new FileWriter("student.txt");
            
            writer.write("=== 学生信息 ===\n");
            writer.write("姓名: 张三\n");
            writer.write("年龄: 20\n");
            writer.write("成绩: 95.5\n");
            
            writer.close();  // 一定要关闭文件！
            System.out.println("文件写入成功！");
            
            // 2. 追加内容到文件（不覆盖原有内容）
            FileWriter appendWriter = new FileWriter("student.txt", true);  // true表示追加模式
            
            appendWriter.write("-----------------\n");
            appendWriter.write("姓名: 李四\n");
            appendWriter.write("年龄: 22\n");
            appendWriter.write("成绩: 88.0\n");
            
            appendWriter.close();
            System.out.println("追加内容成功！");
            
            // 3. 使用PrintWriter（更方便的写入方式）
            PrintWriter printWriter = new PrintWriter("course.txt");
            
            printWriter.println("=== 课程列表 ===");
            printWriter.printf("%-15s %-10s %-10s\n", "课程名", "学分", "课时");
            printWriter.printf("%-15s %-10d %-10d\n", "Java编程", 3, 48);
            printWriter.printf("%-15s %-10d %-10d\n", "数据结构", 4, 64);
            printWriter.printf("%-15s %-10d %-10d\n", "数据库原理", 3, 48);
            
            printWriter.close();
            System.out.println("课程文件写入成功！");
            
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("写入文件时出错: " + e.getMessage());
        }
    }
}

2.2 读取文件：读取数据

import java.io.BufferedReader;
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;
import java.util.Scanner;

public class ReadFromFile {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("=== 读取文件 ===");
        
        // 方法1：使用BufferedReader（适合读取文本文件）
        System.out.println("\n方法1：使用BufferedReader");
        try {
            BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader("student.txt"));
            
            String line;
            System.out.println("文件内容：");
            while ((line = reader.readLine()) != null) {
                System.out.println(line);
            }
            
            reader.close();
            
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("读取文件时出错: " + e.getMessage());
        }
        
        // 方法2：使用Scanner（更方便，功能更强大）
        System.out.println("\n方法2：使用Scanner");
        try {
            Scanner fileScanner = new Scanner(new java.io.File("student.txt"));
            
            System.out.println("逐行读取：");
            int lineNumber = 1;
            while (fileScanner.hasNextLine()) {
                String line = fileScanner.nextLine();
                System.out.println("第" + lineNumber + "行: " + line);
                lineNumber++;
            }
            
            fileScanner.close();
            
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("读取文件时出错: " + e.getMessage());
        }
        
        // 方法3：读取特定格式的数据
        System.out.println("\n方法3：读取结构化数据");
        try {
            Scanner dataScanner = new Scanner(new java.io.File("course.txt"));
            
            // 跳过标题行
            if (dataScanner.hasNextLine()) {
                dataScanner.nextLine();  // 跳过"=== 课程列表 ==="
                dataScanner.nextLine();  // 跳过表头
            }
            
            System.out.println("课程信息：");
            while (dataScanner.hasNextLine()) {
                String courseName = dataScanner.next();
                int credit = dataScanner.nextInt();
                int hours = dataScanner.nextInt();
                
                System.out.printf("课程: %s, 学分: %d, 课时: %d\n", 
                                 courseName, credit, hours);
            }
            
            dataScanner.close();
            
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("读取文件时出错: " + e.getMessage());
        }
    }
}

2.3 综合示例：学生成绩管理系统

import java.io.*;
import java.util.*;

public class StudentGradeManager {
    private static final String FILE_NAME = "students.dat";
    private static Scanner scanner = new Scanner(System.in);
    
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("=== 学生成绩管理系统 ===");
        
        boolean running = true;
        while (running) {
            System.out.println("\n请选择操作：");
            System.out.println("1. 添加学生");
            System.out.println("2. 查看所有学生");
            System.out.println("3. 查找学生");
            System.out.println("4. 保存到文件");
            System.out.println("5. 从文件加载");
            System.out.println("6. 退出");
            System.out.print("请输入选择 (1-6): ");
            
            int choice = scanner.nextInt();
            scanner.nextLine();  // 消耗换行符
            
            switch (choice) {
                case 1:
                    addStudent();
                    break;
                case 2:
                    viewAllStudents();
                    break;
                case 3:
                    findStudent();
                    break;
                case 4:
                    saveToFile();
                    break;
                case 5:
                    loadFromFile();
                    break;
                case 6:
                    running = false;
                    System.out.println("谢谢使用！再见！");
                    break;
                default:
                    System.out.println("无效选择，请重新输入！");
            }
        }
        
        scanner.close();
    }
    
    // 存储学生列表
    private static List<Student> students = new ArrayList<>();
    
    // 添加学生
    private static void addStudent() {
        System.out.println("\n=== 添加学生 ===");
        
        System.out.print("请输入学号: ");
        String id = scanner.nextLine();
        
        System.out.print("请输入姓名: ");
        String name = scanner.nextLine();
        
        System.out.print("请输入年龄: ");
        int age = scanner.nextInt();
        
        System.out.print("请输入Java成绩: ");
        double javaScore = scanner.nextDouble();
        
        System.out.print("请输入数学成绩: ");
        double mathScore = scanner.nextDouble();
        
        scanner.nextLine();  // 消耗换行符
        
        Student student = new Student(id, name, age, javaScore, mathScore);
        students.add(student);
        
        System.out.println("学生添加成功！");
    }
    
    // 查看所有学生
    private static void viewAllStudents() {
        System.out.println("\n=== 所有学生信息 ===");
        
        if (students.isEmpty()) {
            System.out.println("暂无学生信息！");
            return;
        }
        
        System.out.printf("%-10s %-10s %-5s %-10s %-10s %-10s\n", 
                         "学号", "姓名", "年龄", "Java成绩", "数学成绩", "平均分");
        System.out.println("-".repeat(65));
        
        for (Student student : students) {
            System.out.printf("%-10s %-10s %-5d %-10.2f %-10.2f %-10.2f\n",
                            student.getId(),
                            student.getName(),
                            student.getAge(),
                            student.getJavaScore(),
                            student.getMathScore(),
                            student.getAverage());
        }
    }
    
    // 查找学生
    private static void findStudent() {
        System.out.print("\n请输入要查找的学生学号: ");
        String searchId = scanner.nextLine();
        
        boolean found = false;
        for (Student student : students) {
            if (student.getId().equals(searchId)) {
                System.out.println("找到学生：");
                System.out.println(student);
                found = true;
                break;
            }
        }
        
        if (!found) {
            System.out.println("未找到学号为 " + searchId + " 的学生！");
        }
    }
    
    // 保存到文件
    private static void saveToFile() {
        try (PrintWriter writer = new PrintWriter(new FileWriter(FILE_NAME))) {
            // 写入学生数量
            writer.println(students.size());
            
            // 写入每个学生的信息
            for (Student student : students) {
                writer.println(student.getId());
                writer.println(student.getName());
                writer.println(student.getAge());
                writer.println(student.getJavaScore());
                writer.println(student.getMathScore());
            }
            
            System.out.println("数据已保存到文件: " + FILE_NAME);
            
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("保存文件时出错: " + e.getMessage());
        }
    }
    
    // 从文件加载
    private static void loadFromFile() {
        try (Scanner fileScanner = new Scanner(new File(FILE_NAME))) {
            // 清空当前学生列表
            students.clear();
            
            // 读取学生数量
            int count = Integer.parseInt(fileScanner.nextLine());
            
            // 读取每个学生的信息
            for (int i = 0; i < count; i++) {
                String id = fileScanner.nextLine();
                String name = fileScanner.nextLine();
                int age = Integer.parseInt(fileScanner.nextLine());
                double javaScore = Double.parseDouble(fileScanner.nextLine());
                double mathScore = Double.parseDouble(fileScanner.nextLine());
                
                students.add(new Student(id, name, age, javaScore, mathScore));
            }
            
            System.out.println("从文件加载了 " + count + " 个学生信息！");
            
        } catch (FileNotFoundException e) {
            System.out.println("文件不存在，请先保存数据！");
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("读取文件时出错: " + e.getMessage());
        }
    }
}

// 学生类
class Student {
    private String id;
    private String name;
    private int age;
    private double javaScore;
    private double mathScore;
    
    public Student(String id, String name, int age, double javaScore, double mathScore) {
        this.id = id;
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.javaScore = javaScore;
        this.mathScore = mathScore;
    }
    
    public double getAverage() {
        return (javaScore + mathScore) / 2;
    }
    
    // Getter方法
    public String getId() { return id; }
    public String getName() { return name; }
    public int getAge() { return age; }
    public double getJavaScore() { return javaScore; }
    public double getMathScore() { return mathScore; }
    
    @Override
    public String toString() {
        return String.format("学号: %s, 姓名: %s, 年龄: %d\n" +
                           "Java成绩: %.2f, 数学成绩: %.2f, 平均分: %.2f",
                           id, name, age, javaScore, mathScore, getAverage());
    }
}

3.异常处理：I/O操作中的"安全网"

import java.io.*;
import java.util.Scanner;

public class IOExceptionHandling {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("=== I/O异常处理 ===");
        
        // 1. 文件不存在的异常处理
        System.out.println("\n1. 尝试读取不存在的文件：");
        try {
            Scanner fileScanner = new Scanner(new File("不存在.txt"));
            System.out.println("文件内容：" + fileScanner.nextLine());
            fileScanner.close();
        } catch (FileNotFoundException e) {
            System.out.println("错误：文件不存在！");
            System.out.println("建议：检查文件路径是否正确");
        }
        
        // 2. 写入文件时的异常处理
        System.out.println("\n2. 写入文件时的异常：");
        try {
            FileWriter writer = new FileWriter("/只读目录/test.txt");
            writer.write("测试内容");
            writer.close();
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("错误：写入文件失败！");
            System.out.println("原因：" + e.getMessage());
            System.out.println("建议：检查是否有写入权限");
        }
        
        // 3. 读取文件时的格式错误
        System.out.println("\n3. 读取格式错误的文件：");
        try {
            Scanner scanner = new Scanner(new File("格式错误.txt"));
            int number = scanner.nextInt();  // 如果文件内容不是数字会出错
            System.out.println("读取的数字：" + number);
            scanner.close();
        } catch (FileNotFoundException e) {
            System.out.println("错误：文件不存在");
        } catch (java.util.InputMismatchException e) {
            System.out.println("错误：文件内容格式不正确！");
            System.out.println("建议：检查文件内容是否为数字");
        }
        
        // 4. 使用try-with-resources自动关闭资源（推荐！）
        System.out.println("\n4. 使用try-with-resources：");
        // try-with-resources会自动关闭资源，无需手动close
        try (FileWriter writer = new FileWriter("test.txt")) {
            writer.write("自动关闭资源示例");
            System.out.println("文件写入成功！");
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("写入失败：" + e.getMessage());
        }
        // 这里不需要writer.close()，因为try-with-resources会自动调用
        
        // 5. 综合示例：安全的文件复制
        System.out.println("\n5. 安全的文件复制：");
        String sourceFile = "student.txt";
        String destFile = "student_backup.txt";
        
        try (BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader(sourceFile));
             BufferedWriter writer = new BufferedWriter(new FileWriter(destFile))) {
            
            String line;
            int lineCount = 0;
            
            while ((line = reader.readLine()) != null) {
                writer.write(line);
                writer.newLine();  // 写入换行符
                lineCount++;
            }
            
            System.out.println("文件复制成功！共复制 " + lineCount + " 行");
            
        } catch (FileNotFoundException e) {
            System.out.println("错误：源文件不存在");
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("错误：复制文件时出错 - " + e.getMessage());
        }
    }
}

4.实用技巧和小知识

4.1 读取大文件

import java.io.*;

public class LargeFileReading {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("=== 读取大文件 ===");
        
        // 方法1：使用BufferedReader（内存效率高）
        try (BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader("large_file.txt"))) {
            String line;
            int lineCount = 0;
            long startTime = System.currentTimeMillis();
            
            while ((line = reader.readLine()) != null) {
                lineCount++;
                // 处理每一行（这里只是计数）
                if (lineCount % 10000 == 0) {
                    System.out.println("已读取 " + lineCount + " 行...");
                }
            }
            
            long endTime = System.currentTimeMillis();
            System.out.println("读取完成！共 " + lineCount + " 行");
            System.out.println("耗时: " + (endTime - startTime) + " 毫秒");
            
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("读取文件时出错: " + e.getMessage());
        }
        
        // 方法2：读取二进制文件
        System.out.println("\n=== 读取二进制文件 ===");
        try (FileInputStream fis = new FileInputStream("binary.dat");
             BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(fis)) {
            
            byte[] buffer = new byte[1024];  // 1KB缓冲区
            int bytesRead;
            int totalBytes = 0;
            
            while ((bytesRead = bis.read(buffer)) != -1) {
                totalBytes += bytesRead;
                // 处理二进制数据
            }
            
            System.out.println("读取了 " + totalBytes + " 字节的二进制数据");
            
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("读取二进制文件时出错: " + e.getMessage());
        }
    }
}

4.2 日志记录

import java.io.*;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;

public class LoggingExample {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("=== 日志记录系统 ===");
        
        // 记录不同级别的日志
        log("INFO", "程序启动");
        log("DEBUG", "加载配置文件");
        log("WARNING", "内存使用率较高");
        log("ERROR", "数据库连接失败");
        log("INFO", "程序退出");
        
        // 查看日志文件
        System.out.println("\n=== 日志文件内容 ===");
        try (BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader("app.log"))) {
            String line;
            while ((line = reader.readLine()) != null) {
                System.out.println(line);
            }
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("读取日志文件时出错: " + e.getMessage());
        }
    }
    
    // 日志记录方法
    public static void log(String level, String message) {
        // 获取当前时间
        String timestamp = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss").format(new Date());
        
        // 格式化的日志条目
        String logEntry = String.format("[%s] %s: %s", timestamp, level, message);
        
        // 输出到控制台
        System.out.println(logEntry);
        
        // 写入日志文件（追加模式）
        try (PrintWriter writer = new PrintWriter(new FileWriter("app.log", true))) {
            writer.println(logEntry);
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("写入日志文件时出错: " + e.getMessage());
        }
    }
}

5.常见问题和解决方案

问题1：Scanner输入问题

import java.util.Scanner;

public class ScannerProblems {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        
        // 常见问题1：nextInt后接nextLine
        System.out.print("请输入年龄: ");
        int age = scanner.nextInt();
        scanner.nextLine();  // 解决方案：消耗掉换行符
        
        System.out.print("请输入姓名: ");
        String name = scanner.nextLine();  // 现在可以正确读取
        
        System.out.println("年龄: " + age + ", 姓名: " + name);
        
        // 常见问题2：输入类型不匹配
        System.out.print("请输入一个数字: ");
        
        if (scanner.hasNextInt()) {
            int num = scanner.nextInt();
            System.out.println("你输入的是数字: " + num);
        } else {
            String input = scanner.next();
            System.out.println("错误：'" + input + "' 不是有效的数字！");
        }
        
        scanner.close();
    }
}

问题2：文件路径问题

import java.io.File;

public class FilePathProblems {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("=== 文件路径问题 ===");
        
        // 1. 绝对路径 vs 相对路径
        String absolutePath = "C:\\Users\\admin\\file.txt";  // Windows绝对路径
        String relativePath = "data/file.txt";  // 相对路径
        
        System.out.println("绝对路径: " + absolutePath);
        System.out.println("相对路径: " + relativePath);
        
        // 2. 检查文件是否存在
        File file = new File(relativePath);
        if (file.exists()) {
            System.out.println("文件存在！");
            System.out.println("文件大小: " + file.length() + " 字节");
            System.out.println("可读: " + file.canRead());
            System.out.println("可写: " + file.canWrite());
        } else {
            System.out.println("文件不存在！");
        }
        
        // 3. 创建目录
        File directory = new File("logs");
        if (!directory.exists()) {
            if (directory.mkdir()) {
                System.out.println("目录创建成功: " + directory.getAbsolutePath());
            } else {
                System.out.println("目录创建失败！");
            }
        }
        
        // 4. 列出目录内容
        File currentDir = new File(".");
        System.out.println("\n当前目录内容:");
        String[] files = currentDir.list();
        if (files != null) {
            for (String f : files) {
                System.out.println(f);
            }
        }
    }
}

总结：最重要的三点

1. Scanner和System.out是基础：
   • System.out 用于输出，System.in 用于输入
   • Scanner 让输入变得简单，记得正确处理换行符
2. 文件操作三步曲：
   • 创建File对象指定文件
   • 使用Reader/Writer进行读写
   • 记得关闭资源（用try-with-resources）
3. 异常处理是必须的：
   • I/O操作容易出错，必须处理异常
   • 使用try-catch保护代码
   • 给用户友好的错误提示