Java: руководство для начинающих

Необходимость поддерживать два разных типа потоков ввода-вывода привела к созданию двух иерархий классов (одна для байтовых, другая для символьных данных). Из-за того что число классов достаточно велико, на первый взгляд система ввода-вывода кажется сложнее, чем она есть на самом деле. Но не следует забывать, что функциональные возможности для байтовых потоков дублируются соответствующими средствами для символьных потоков.

Следует также иметь в виду, что на самом нижнем уровне все средства ввода-вывода имеют байтовую организацию. А символьные потоки лишь предоставляют удобные и эффективные инструменты для обработки символов. Классы байтовых потоков

Для определения байтовых потоков служат две иерархии классов. На их вершине находятся два абстрактных класса: InputStream и OutputStream. В классе InputStream определены свойства, общие для байтовых потоков ввода, а в классе OutputStream — свойства, общие для байтовых потоков вывода.

Производными от классов InputStream и OutputStream являются конкретные подклассы, реализующие различные функциональные возможности и учитывающие особенности обмена данными с разными устройствами, например ввода-вывода в файлы на диске. Классы байтовых потоков приведены в табл. 10.1. Не следует пугаться большого количества этих классов: изучив один из них, легко освоить остальные.

Таблица 10.1. Классы байтовых потоков Класс байтового потока Описание BufferedlnputStream Буферизованный поток ввода BufferedOutputStream Буферизованный поток вывода ByteArrayInputStream Поток ввода для чтения из байтового массива ByteArrayOutputStream Поток вывода для записи в байтовый массив DatalnputStream Поток ввода с методами для чтения стандартных типов данных Java DataOutputStream Поток вывода с методами для записи стандартных типов данных Java FileInputStream Поток ввода для чтения из файла FileOutputStream Поток вывода для записи в файл FilterlnputStream Подкласс, производный от класса InputStream FilterOutputStream Подкласс, производный от класса OutputStream InputStream Абстрактный класс, описывающий потоковый ввод ObjectInputStream Поток для ввода объектов ObjectOutputStream Поток для вывода объектов OutputStream Абстрактный класс, описывающий потоковый вывод PipedlnputStream Поток конвейерного ввода PipedOutputStream Поток конвейерного вывода PrintStream Поток вывода с методами print и println PushbacklnputStream Поток ввода с возвратом прочитанных байтов в поток RandomAccessFile Класс, поддерживающий файловый ввод-вывод с произвольным доступом SequenceInputStream Поток ввода, сочетающий в себе несколько потоков ввода для поочередного чтения данных из них Классы символьных потоков

Для определения символьных потоков служат две иерархические структуры классов, на вершине которых находятся абстрактные классы Reader и Writer соответственно. Класс Reader и его подклассы используются для чтения, а класс Writer и его подклассы — для записи данных. Конкретные классы, производные от классов Reader и Writer, оперируют символами в уникоде.

Классы, производные от классов Reader и Writer, предназначены для выполнения различных операций ввода-вывода символов. Символьные классы присутствуют в Java параллельно с байтовыми классами. Классы символьных потоков приведены в табл. 10.2. Таблица 10.2. Классы символьных потоков Класс символьного потока Описание BufferedReader Буферизованный поток ввода символов BufferedWriter Буферизованный поток вывода символов CharArrayReader Поток ввода для чтения из символьного массива CharArrayWriter Поток вывода для записи в символьный массив FileReader Поток ввода для чтения символов из файла FileWriter Поток вывода для записи символов в файл FilterReader Класс для чтения символов с фильтрацией FilterWriter Класс для записи символов с фильтрацией InputStreamReader Поток ввода с преобразованием байтов в символы LineNumberReader Поток ввода с подсчетом символьных строк OutputStreamWriter Поток вывода с преобразованием символов в байты PipedReader Поток конвейерного ввода PipedWriter Поток конвейерного вывода PrintWriter Поток вывода с методами print и println PushbackReader Поток ввода с возвратом прочитанных символов в поток Reader Абстрактный класс, описывающий потоковый ввод символов StringReader Поток ввода для чтения из символьной строки StringWriter Поток вывода для записи в символьную строку Writer Абстрактный класс, описывающий потоковый вывод символов Встроенные потоки

Как вам должно быть уже известно, во все программы на Java автоматически импортируется пакет java. lang. В этом пакете определен класс System, инкапсулирующий некоторые элементы среды выполнения программ. Помимо прочего, в нем содержатся предопределенные переменные in, out и err, представляющие стандартные потоки ввода-вывода. Эти поля объявлены как public, final и static. А это означает, что ими можно пользоваться в любой другой части программы, не ссылаясь на конкретный объект типа System.

Переменная System.out ссылается на поток стандартного вывода. По умолчанию этот поток связан с консолью. А переменная System, in ссылается на поток стандартного ввода (по умолчанию с клавиатуры). И наконец, переменная System.err ссылается на поток стандартных сообщений об ошибках, которые по умолчанию выводятся на консоль. По мере необходимости все эти потоки могут быть перенаправлены на другие совместимые устройства ввода-вывода.

Поток System.in представляет собой объект типа InputStream, а потоки System.out и System.err — объекты типа PrintStream. Хотя эти потоки обычно используются для чтения и записи символов, они на самом деле являются байтовыми потоками. Дело в том, что эти потоки были определены в первоначальной спецификации Java, где символьные потоки вообще не были предусмотрены. Как станет ясно в дальнейшем, для этих потоков можно по необходимости создать оболочки, превратив их в символьные потоки. Применение байтовых потоков

Начнем рассмотрение системы ввода-вывода в Java с байтовых потоков. Как пояснялось ранее, на вершине иерархии байтовых потоков находятся классы InputStream и OutputStream. Методы из класса InputStream приведены в табл. 10.3, а методы из класса OutputStream — в табл. 10.4. При возникновении ошибок в процессе выполнения методы из классов InputStream и OutputStream могут генерировать исключения типа IOException. Методы, определенные в этих двух абстрактных классах, доступны во всех подклассах. Таким образом, они формируют минимальный набор функций ввода-вывода, общих для всех байтовых потоков.

Таблица 10.3. Методы, определенные в классе InputStream Метод Описание int available Возвращает количество байтов, доступных для чтения void close Закрывает поток ввода. При последующей попытке чтения из потока генерируется исключение IOException void mark(int numBytes) Ставит отметку на текущей позиции в потоке. Отметка доступна до тех пор, пока на будет прочитано количество байтов, определяемое параметром numBytes boolean markSupported Возвращает логическое значение true, если методы mark и reset поддерживаются в вызывающем потоке int read Возвращает целочисленное представление следующего байта в потоке. Если достигнут конец потока, возвращается значение -1 int read(byte buffer[]) Предпринимает попытку прочитать количество байтов, определяемое выражением buffer, length, в массив buffer и возвращает фактическое количество успешно прочитанных байтов. Если достигнут конец потока, возвращается значение -1 int read(byte buffer[], int offset, int numBytes) Предпринимает попытку прочитать количество байтов, определяемое параметром numBytes, в массив buffer, начиная с элемента buffer[offset]. Если достигнут конец потока, возвращается значение -1 void reset Устанавливает указатель ввода на помеченной ранее позиции long skip (long numBytes) Пропускает количество байтов, определяемое параметром numBytes, в потоке ввода. Возвращает фактическое количество пропущенных байтов

Таблица 10.4. Методы, определенные в классе OutputStream Метод Описание void close Закрывает выходной поток. При последующей попытке записи в поток генерируется исключение IOExceptionВыводит содержимое выходного буфера вывода в void flush Выводит содержимое выходного буфера вывода в целевой поток. По завершении этой операции выходной буфер очищается void write(int b) Записывает один байт в поток вывода. Параметр b относится к типу int, что позволяет вызывать данный метод в выражениях, не приводя результат их вычисления к типу byte void write(byte buffer[]) Записывает массив в поток вывода void write(byte buffer[], int offset, int numBytes) Записывает в поток вывода часть массива buffer длиной numBytes байтов, начиная с элемента buffer[offset] Консольный ввод

Первоначально единственный способ реализовать консольный ввод в Java состоял в использовании байтовых потоков, и во многих программах на Java до сих пор используются исключительно потоки данного типа. В настоящее время для разработки прикладных программ доступны как байтовые, так и символьные потоки. В коммерческих приложениях для чтения данных с консоли в основном используются символьные потоки. Такой подход упрощает локализацию программ и их сопровождение. Ведь намного удобнее оперировать непосредственно символами и не тратить время и труд на преобразование символов в байты, а байтов — в символы. Но в простых служебных и прикладных программах, где данные, введенные с клавиатуры, обрабатываются непосредственно, удобно пользоваться байтовыми потоками. Именно поэтому они здесь и рассматриваются.

Поток System, in является экземпляром класса InputStream, и благодаря этому обеспечивается автоматический доступ к методам, определенным в классе InputStream. К сожалению, в классе InputStream определен только один метод ввода, read , предназначенный для чтения байтов. Ниже приведены разные формы объявления этого метода. int read throws IOException int read(byte data[]) throws IOException int read(byte data[], int start, int max) throws IOException

В главе 3 было показано, как пользоваться первой формой метода read для ввода отдельных символов с клавиатуры (а по существу, из потока стандартного ввода System, in). Достигнув конца потока, этот метод возвращает значение -1. Вторая форма метода read предназначена для чтения данных из потока ввода в массив data. Чтение завершается по достижении конца потока, па заполнении массива или при возникновении ошибки. Метод возвращает количество прочитанных байтов или значение -1, если достигнут конец потока. И третья форма данного метода позволяет разместить прочитанные данные в массиве data, начиная с элемента, обозначаемого индексом start. Максимальное количество байтов, которые могут быть введены в массив, определяется параметром max. Метод возвращает число прочитанных байтов или значение -1, если достигнут конец потока. При возникновении ошибки в каждой из этих форм метода read генерируется исключение IOException. Условие конца потока ввода System, in устанавливается при нажатии клавиши .