Java: руководство для начинающих

Шилдт Герберт

Прежде чем приступать к рассмотрению системы ввода-вывода, необходимо сделать следующее замечание. Классы, описанные в этой главе, предназначены для консольного и файлового ввода-вывода. Они не применяются для создания графических пользовательских интерфейсов. Поэтому ими не имеет смысла пользоваться при создании оконных приложений. Для графических интерфейсов предусмотрены другие языковые средства. Они будут представлены в главе 14 при рассмотрении апплетов, а также в главе 15, служащей введением в библиотеку Swing. (Swing — это современный набор инструментальных средств, ориентированных на создание графических пользовательских интерфейсов приложений.) Организация системы ввода-вывода в Java на потоках

Ввод-вывод в программах на Java осуществляется посредством

потоков. Поток — это некая абстракция производства или потребления информации. С физическим устройством поток связывает система ввода-вывода. Все потоки действуют одинаково — даже если они связаны с разными физическими устройствами. Поэтому классы и методы ввода-вывода могут применяться к самым разным типам устройств. Например, методами вывода на консоль можно пользоваться и для вывода в файл на диске. Для реализации потоков используется иерархия классов, содержащихся в пакете java.io. Байтовые и символьные потоки

В современных версиях Java определены два типа потоков: байтовые и символьные. (В первоначальных версиях Java были доступны только байтовые потоки, тогда как символьные потоки были реализованы в дальнейшем.) Байтовые потоки предоставляют удобные средства для ввода и вывода байтов. Они используются, например, при чтении и записи двоичных данных. В особенности они полезны для обращения с файлами. А символьные потоки ориентированы на обмен символьными данными. В них применяется кодировка в уникоде (Unicode), а следовательно, программы, в которых используются символьные потоки, легко поддаются локализации на разные языки мира. В некоторых случаях символьные потоки обеспечивают более высокую эффективность по сравнению с байтовыми.

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.