Info B VL 7: Input/Output

Info B VL 7: Input/Output

Objektorientiere Programmierung in Java 2003

Ute Schmid (Vorlesung) Elmar Ludwig ( ¨ Ubung)

FB Mathematik/Informatik, Universit¨at Osnabr¨uck

Exkurs: Design Patterns

siehe Cooper, Java Design Patterns

Abstrakter Code, Schema, das wiederverwendet werden kann

Beispiel: Factory-Pattern

XFactory

+XFactory()

...

X

XY XZ

+do_X() +do_X()

+newObj() : X +do_X()

Info B VL 7: Input/Output – p.175

Eingabe-/Ausgabeströme (1)

open a stream open a stream

while more information while more information read information write information

close the stream close the stream

Eingabe-/Ausgabeströme (2)

Einlesen von Information aus externer Quelle (source):

Tastatur, Datei, Speicher, anderes Programm, Internet, ...

Ausgabe von Information zu externer Destination

(sink): Bildschirm, Datei, Drucker, Speicher, anderes Programm, Internet, ...

Information: Zeichen, Objekte, Bilder Verarbeitung immer sequentiell!

Info B VL 7: Input/Output – p.177

Struktur von ‘java.io’ (1)

Object

RandomAccessFile

StreamTokenizer

File

Abstrakte Klassen zum Lesen und Schreiben

Abstrakte Klassen zum Lesen und Schreiben

Lesen und Schreiben an beliebigen Stellen in einer Datei

Zerlegung von Input in Tokens

Verzeichnisnamen Reader

Writer

InputStream

OutputStream

<<interface>> <<interface>>

Plattform−unabhängige Definition von Datei− und von Byte−Strömen

von Character−Strömen

Struktur von ‘java.io’ (2)

auf “oberster Ebene”:

Abstrakte Klassen zum Lesen/Schreiben von Char- und Byte-Strömen:

Reader / Writer (Chars),

InputStream / OutputStream (Bytes)

RandomAccessFile : Lesen und Schreiben von

Bytes/Text/primitiven Typen von/in spezifische Position einer Datei

StreamTokenizer : Zerlegung des Eingebestroms in Tokenns (einfache lexikalische Analyse)

File : BS-unabhängige Repräsentation von Datei- und Pfadnamen. File-Objekt bezeichnet den Dateistrom

aus/in den gelesen/geschrieben werden kann.

Methoden zum Listem von Verzeichnissen, Pruefen von Rechten etc.

File implementiert das Serializable -Interface Info B VL 7: Input/Output – p.179

Character und Byte Ströme

Lesen/Schreiben von 16-Bit (unicode) Zeichen:

Abstrakte Reader / Writer Klasse und entsprechende Unterklassen (ab Java 1.1).

Lesen/Schreiben von 8-Bit Bytes: Abstrakte InputStream / OutputStream Klasse und entsprechende Unterklassen (ab Java 1.0).

Ähnliche APIs (Methoden mit gleichem Namen und

äquivalenter Signatur) für verschiedene Character- und Byte-Ströme.

Für Byte-Ströme werden Byte-Arrays, für

Character-Ströme Character-Arrays verarbeitet.

‘read’ und ‘write’ (1)

int read()

int read(char cbuf[])

int read(char cbuf[], int offset, int length) int write(int c)

int write(char cbuf[])

int write(char cbuf[], int offset, int length)

read() und write() können IOException s werfen.

Überladene Methoden:

Lesen/Schreiben eines Zeichens/Bytes.

Lesen/Schreiben in/aus Array von Zeichen/Bytes.

Lesen/Schreiben von length Zeichen/Bytes in/aus Array ab Index offset .

Info B VL 7: Input/Output – p.181

‘read’ und ‘write’ (2)

read() liefert int zurück:

0 255 für Bytes oder

0 65535 (0x00-0xffff) für Characters und -1 für Ende des Stroms.

Bei den Methoden, die Arrays verarbeiten, wird die

Anzahl der verarbeiteten Zeichen/Bytes zurückgeliefert

bzw. -1 für Ede des Stroms.

‘Reader’ und ‘Writer’ (1)

FileInputStream

FileOutputStream FilterInputStream

BufferedInputStream

BufferedOutputStream

FilterOutputStream InputStreamReader FileReader

BufferedReader

OutputStreamReader FileWriter

BufferedWriter Reader

Writer

InputStream

OutputStream FilterReader

FilterWriter

Info B VL 7: Input/Output – p.183

‘Reader’ und ‘Writer’ (2)

Um komplexe Funktionalität zu erhalten, werden gerade im I/O-Bereich häufig Objekte

komponiert/ineinander verschachtelt.

Viele Konstruktoren und Methoden in java.io werfen Exceptions!

Die Klasse InputStreamReader bietet eine

Reader -Schnittstelle zu einem InputStream (analog für OutputStreamWriter ): ein

InputStream -Objekt wird in ein

InputStreamReader -Objekt eingebettet.

public class InputStreamReader extends Reader {

public InputStreamReader(java.io.InputStream in);

// ...

}

‘Reader’ und ‘Writer’ (3)

Schreiben in eine Datei und Lesen aus einer Datei kann mit FileWriter und FileReader erledigt werden.

Die Angabe von Dateien kann über File -Objekte oder (plattform-spezifische) Dateinamen als Strings

erfolgen. Konstruktoren:

public class FileReader extends InputStreamReader { // public constructor

public FileReader(File file)

throws FileNotFoundException;

public FileReader(String fileName) throws FileNotFoundException;

// ...

}

Info B VL 7: Input/Output – p.185

‘Reader’ und ‘Writer’ (4)

Puffern von Daten bringt Effizienz: Daten werden (in Array) gesammelt und dann weiterverarbeitet. Die Klasse BufferedReader hat eine

readLine() -Methode.

Die abstrakten Filter-Klassen FilterReader und FilterWriter erlauben Zusatzfunktionen während des Lesens/Schreibens: z.B. Zählen von Zeichen,

Umwandlung von Zeichen etc.

Datei Ströme (1)

Beispielcode: Copy.java

Klasse File : Konstruktor erzeugt File-Objekt aus String.

Achtung bei Pfadnamen: Pfadseparatoren sind vom Betriebssystem abhängig

Dateiname kann direkt als String an FileReader übergeben werden, z. B.

FileReader(farrago.txt");

FileReader ist ein Datei-Strom.

FileReader ist Unterklasse von

InputStreamReader : Eine Datei ist eigentlich als Folge von Bytes und nicht von Unicode-Zeichen

repräsentiert. Die Klasse FileReader realisiert die Anwendung eines InputStreamReader auf ein InputStream -Objekt!

Info B VL 7: Input/Output – p.187

Datei Ströme (2)

mit new FileReader(...) etc. wird die Datei automatisch geöffnet.

Dateien können (sollten) explizit geschlossen werden, damit keine Ausgabe im I/O-Puffer verbleibt (flush). Im Prinzip werden Dateien auch vom Garbage Collector geschlossen, wenn nicht mehr auf sie zugegriffen wird.

In dem Programm könnte noch eine Abfrage eingebaut

werden, ob der Name der Zieldatei verschieden vom

Namen der Quelldatei ist ( equals() Methode der

Klasse File ).

Puffern von Daten

Beispielcode: BufferDemo.java

Beliebige Reader -Objekte können in einen BufferedReader gesteckt werden, also z.B.

FileReader -Objekte. (analog für Writer , analog für Byte-Ströme)

System.in ist ein InputStream -Objekt!

Analog zu BufferedReader in =

new BufferedReader(new FileReader(inputFile));

kann natürlich geschrieben werden:

FileReader fr = new FileReader(inputFile);

BufferedReader in = new BufferedReader(fr);

Achtung: bei gepufferten Ausgabe-Strömen muss flush() angewendet werden, damit der Puffer

“geleert”, also damit wirklich geschrieben wird.

close() führt automatisch ein flushing aus. Info B VL 7: Input/Output – p.189

Filter Ströme (1)

Die abstrakten Filter-Klassen von java.io erlauben es, beim Lesen und Schreiben zusätzliche

Operationen durchzuführen.

Die default-Implementation der Filter-Klassen leiten die Methodenaufrufe an das bei Konstruktion übergebene Objekt weiter, z.B. übliches read() : Null-Filter.

Wird eine Unterklasse einer Filter-Klasse wie

FilterInputStream definiert, so können genau die Methoden überschrieben werden, von denen man

zusätzliche Funktionalität haben möchte.

Die Filter-Klassen entsprechen dem

Decorator-Pattern. Der Name kommt ursprünglich aus der GUI-Programmierung (z.B. Fenster mit

verschiedener Dekoration), ist aber analog für

nicht-visuelle Bereiche definiert.

Filter Ströme (2)

Beispielcode: CaseFilter.java , DecoStream.java

Die CaseFilter -Klasse implementiert eine erweiterte Funktionalität für read() : Beim Einlesen werden

Kleinbuchstaben in Grossbuchstaben umgewandelt.

In der Klasse DecoStream wird nun das read() eines CaseFilter -Objekts verwendet. Direkt beim Einlesen wird der Text nun umformatiert!

Vergleiche String und + vs. StringBuffer und append() .

Info B VL 7: Input/Output – p.191

Standard IO (1)

Auf Betriebssystem-Ebene existieren für jedes laufende Programm drei Ströme: Standard Input, Standard Output und Standard Error.

In Java existieren entsprechende Objekte in der System -Klasse:

System.in : ist ein InputStream

System.out und Systen.err sind bereits in einen PrintStream gepackt (statt

OutputStream ).

Defaultmässig ist Standard Input die Tastatur, Standard Output und Error der Monitor.

Die Defaults können über das Betriebssystem, aber auch innerhalb eines Programms (z.B. Java)

umdefiniert werden.

Standard IO (2)

Statische Methoden in der System -Klasse und die Default-Belegung:

setIn(InputStream in) setOut(PrintStream out) setErr(PrintStream err)

Im Programmbeispiel BufferDemo wurde gezeigt, wie ein System.in -Objekt in ein Reader -Objekt und

dann in ein BufferedReader -Objekt gepackt werden kann.

Bereits bekannt ist die Verwendung der Methoden System.out.print() und

System.out.println() . Beispiecode: Redirecting.java

Info B VL 7: Input/Output – p.193

IO Exceptions

IOException Exception

java.io

CharConversionException EOFException

FileNotFoundException InterruptedIOException ObjectStreamException SyncFailedException

UnsupportedEncodingException UTFDataFormatException

InvalidClassException InvalidObjectException NotActiveException

NotSerializableException OptionalDataException StreamCorruptedException java.lang

WriteAbortedException

Random Access

RandomAccessFile stammt direkt von Object ab und implementiert die Interfaces DataInput und DataOutput .

Die Klasse ermöglicht Lesen und Schreiben sowie das Vorwärts- und Rückwärtsgehen in einer Datei.

Sie kann nicht in einen BufferedInputStream o.Ä.

gepackt werden.

Im Prinzip arbeitet die Klasse wie ein kombinierter DataInputStream und DataOutputStream . Typische Anwendung: Effizientes Lesen aus

ZIP-Archiv

Info B VL 7: Input/Output – p.195

Sequentieller Zugriff

Öffnen des ZIP-Archivs

Sequentielle Suche bis das gewünschte File gefunden ist

Extraktion des Files

Schliessen des ZIP-Archivs

Aufwand: im Mittel halbe Länge des ZIP-Files

Random Access

Öffnen des ZIP-Archivs

Suche des dir-entry und lokalisiere den Eintrag für das gewünschte File

Suche rückwärts zur Position des Files Extraktion des Files

Schliessen des ZIP-Archivs

Info B VL 7: Input/Output – p.197

Weitere Aspekte

StreamTokenizer Serializable

Pipe-Ströme