IOException 與 FileNotFoundException：錯誤處理

1. 輸入/輸出例外的階層

在 Java 中，處理檔案與其他外部資源時，幾乎一定會遇到所謂的輸入/輸出例外。當讀寫資料出現問題時，會拋出（throw）對應的物件。例如，找不到檔案、沒有權限，或磁碟突然「累了」。

本講的主角

Java 對這類例外有完整的繼承階層。以下是幾個主要類別：

• IOException — 所有 I/O 錯誤的基底類別。只要檔案、串流或網路出了問題，幾乎都與它（或其眾多子類）有關。
• FileNotFoundException — IOException 的「兒子」，當你嘗試開啟不存在的檔案，或路徑有誤時就會出現。

其他衍生類別：

• EOFException — 也是 IOException 的直接「兒子」。表示在讀取時意外抵達檔案結尾。
• MalformedInputException — 「孫子」：繼承 CharacterCodingException，而它又繼承 IOException。當檔案無法用指定的編碼正確解讀（例如預期 "UTF-8"，卻收到毀損的位元序列）時會發生。
• 此外還有 SocketException、ZipException 等專門的「親戚」，各自負責不同領域。越往階層深處，情境越狹窄越專一。

一個簡化的示意圖：

java.lang.Exception
└── java.io.IOException
    ├── java.io.FileNotFoundException
    ├── java.io.EOFException
    ├── java.nio.charset.MalformedInputException
    └── ... (其他)

有趣的事實：
在 Java 中，幾乎所有與檔案相關的操作都必須宣告或處理 IOException —— 這就是所謂的受檢例外。編譯器不會讓你忘記處理錯誤！

2. 這些例外何時、為何發生

開啟不存在的檔案

最常見的情況：你嘗試開啟檔案，但它不存在。就像到站牌等車，結果那班車根本不在時刻表上。

FileInputStream fis = new FileInputStream("abracadabra.txt"); // 砰！FileNotFoundException

在沒有權限的狀況下寫入檔案

如果你嘗試把檔案寫到沒有權限的資料夾，可能會得到 FileNotFoundException 或 IOException（視情況而定）。

FileOutputStream fos = new FileOutputStream("/system/secret.txt"); // 砰！FileNotFoundException 或 IOException

因為媒體損壞導致的讀寫錯誤

有時檔案看似存在，但磁碟受損、檔案被其他程式占用，或突然停電——此時你會收到帶有不同訊息的 IOException。

其他原因

• 檔案是唯讀，但你嘗試寫入。
• 路徑太長或包含不允許的字元。
• 檔案被其他程序使用中。
• 磁碟空間不足。
• 在檢查與實際使用之間，檔案被其他程序刪除。

3. 使用 try-catch 處理

每當你操作檔案、串流、網路——請使用 try-catch。這就像安全氣囊：若發生問題，程式不會直接當掉，而能妥善回應。

如何正確捕捉例外？

在 Java 中，較具體的例外要先捕捉，再來才是通用的。如果先放一個通用的 catch（IOException e），較狹窄的類型（例如 FileNotFoundException）就不會觸發——控制流程到不了它們。

正確的結構：

try {
    // 檔案操作
} catch (FileNotFoundException e) {
    // 處理「檔案未找到」的情況
} catch (IOException e) {
    // 處理其他 I/O 錯誤
}

為什麼要這樣？
因為 FileNotFoundException 是 IOException 的特例。如果你先捕捉通用情況，特例就不會「走到」它自己的 catch。

範例：開啟檔案時的錯誤處理

import java.io.*;

public class FileReaderExample {
    public static void main(String[] args) {
        String filename = "notes.txt";
        try {
            BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader(filename));
            String line = reader.readLine();
            System.out.println("檔案的第一行： " + line);
            reader.close();
        } catch (FileNotFoundException e) {
            System.out.println("找不到檔案： " + filename);
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("讀取檔案時發生錯誤： " + e.getMessage());
        }
    }
}

請注意：
即使你已經檢查檔案存在，也務必保留 try-catch——檔案可能隨時消失（例如被其他程序刪除）。

4. 實作：撰寫帶有錯誤處理的程式碼

我們來做幾個簡單例子，讓它們能正確應對檔案缺失與其他錯誤。

步驟 1：嘗試開啟不存在的檔案

import java.io.*;

public class NotesApp {
    public static void main(String[] args) {
        String filename = "my_notes.txt";
        try {
            BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader(filename));
            String line;
            System.out.println("您的筆記：");
            while ((line = reader.readLine()) != null) {
                System.out.println(line);
            }
            reader.close();
        } catch (FileNotFoundException e) {
            System.out.println("哎呀！找不到筆記檔案： " + filename);
            System.out.println("建議：建立檔案或檢查檔名。");
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("讀取檔案時發生錯誤： " + e.getMessage());
        }
    }
}

步驟 2：加入寫入檔案的處理

import java.io.*;

public class NotesWriter {
    public static void main(String[] args) {
        String filename = "my_notes.txt";
        try {
            BufferedWriter writer = new BufferedWriter(new FileWriter(filename, true)); // append: true
            writer.write("新的筆記！\n");
            writer.close();
            System.out.println("成功新增筆記！");
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("寫入檔案時發生錯誤： " + e.getMessage());
        }
    }
}

步驟 3：通用範例與錯誤紀錄

import java.io.*;

public class SafeFileCopier {
    public static void main(String[] args) {
        String source = "source.txt";
        String target = "target.txt";
        try {
            BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader(source));
            BufferedWriter writer = new BufferedWriter(new FileWriter(target));
            String line;
            while ((line = reader.readLine()) != null) {
                writer.write(line);
                writer.newLine();
            }
            reader.close();
            writer.close();
            System.out.println("檔案複製成功！");
        } catch (FileNotFoundException e) {
            System.out.println("找不到檔案： " + e.getMessage());
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("輸入/輸出錯誤： " + e.getMessage());
        }
    }
}

建議：
在真實應用中，錯誤不只要輸出到畫面，也應寫入檔案或日誌，以便事後追查發生了什麼問題。

5. 表格：主要的 I/O 例外

FileNotFoundException

EOFException

IOException

MalformedInputException

6. 處理 I/O 例外時的常見錯誤

錯誤 1：只捕捉通用的 Exception。 很容易想直接寫 catch (Exception e)，但這樣你無法分辨究竟出了什麼問題。最好先捕捉具體的例外（FileNotFoundException），再捕捉通用的 IOException。

錯誤 2：發生錯誤時未關閉串流。 如果你開了檔案，之後又拋出例外，串流可能保持未關閉。請使用 try-with-resources，或在 finally 中關閉資源。

錯誤 3：忽略例外訊息。 不要只印出「錯誤！」，請顯示詳細資訊：e.getMessage()。這能更快判斷問題所在。

錯誤 4：寫入時未處理 FileNotFoundException。 很多人以為 FileNotFoundException 只與讀取有關。其實在寫入時也可能發生（路徑不正確、沒有建立檔案的權限等）。

錯誤 5：不檢查存取權限。 如果程式以受限權限執行，許多檔案操作都可能失敗。務必考量這點並提醒使用者。