输入输出流

第十章 输入／输出流程序在运行时通常要和外部进行交互， 即从外部读取数据或向外部设备发送数据， 这就 是所谓的输入／输出(Input/Output)。

数据可以来自或者发往文件、 内存、 另一个程序或网络。

数据也可有不同的格式，例如可以是各种编码（ASCII 码或 Unicode 码等）的字符串、图像、 声音或对象等等。

Java 语言使用抽象概念——流来描述程序与数据发送或接收者之间的数据 通道。

使用输入／输出流，程序员可以方便灵活和安全地实现输入输出功能。

§10.1 输入／输出基本概念10.1.1 外部设备与文件我们可以从不同角度对外部设备进行分类。

按照外部设备的工作特性， 我们可将外部设 备分为两类：存储设备和输入／输出设备。

存储设备用于存储信息，包括硬盘、软盘、磁带、光盘等。

程序可将数据写入到这些设 备上，也可从这些设备读出数据，数据通常组织为文件形式。

这类设备上存储的数据在物理 上往往是按字符块组织的，因而又将它们称为块设备。

输入／输出设备又可分为输入设备和输出设备。

输入设备是计算机用于接受外界信息的 设备，诸如键盘、鼠标、扫描仪等均为输入设备；输出设备是将计算机处理完毕的数据送往 外界的设备，诸如显示器、打印机、绘图仪等均为输出设备。

由于这两类设备上的数据往往 是以字符为单位组织的，所以又称它们为字符设备。

计算机程序要与外界进行交互就必须使用相应的机制与输入／输出设备打交道。

程序的 输入是指从输入设备接收数据，程序的输出是指将数据传递给外部设备。

早期的高级程序设计语言对特定的外部设备提供特定的输入／输出操作， 这导致设计出 来的程序代码可移植性很差。

后来引入了文件（file）的概念，在程序中不仅可以声明文件 并将文件作为输入／输出的对象， 而且还可以在文件与某个外部设备之间建立关联， 将文件 作为输入设备与输出设备的抽象描述。

目前文件已成为高级程序设计语言输入／输出机制的 基本概念。

一个文件必须有一个由用户命名的唯一名字。

文件可用于存储程序和数据， 还可用于提 高程序的设备无关性， 所谓设备无关性不仅指程序要独立于同类设备的具体台号， 而且还要 独立于设备的类型。

当我们的程序向屏幕或打印机输出时， 不必考虑使用的是哪一种型号的 显示器或打印机。

在操作系统中， 输入／输出设备被视作一种特殊的文件， 这类文件的名字是由操作系统 预先规定好的。

例如在 MS-DOS 中显示器被命名为 CON 的文件（控制台终端 console 的缩 写） 、打印机被命名为 PRN 的文件（printer 的缩写） 。

这样，程序的输入／输出操作采用了 与文件统一的方式，而不用理会实际的物理设备是什么。

10.1.2 文件的基本概念Java 语言将文件看作是字节的序列， 即由一个个字节的数据顺序组成。

例如我们要将一 个班全体学生的基本资料存放在一个文件中， 文件中的数据并不是由学生记录组成的， 而是 由一个个字节组成的。

如何将文件中的这些字节组织为记录是由程序完成的， 文件本身并没 有划定任何边界。

因而这种文件又称为流式文件（stream file） 。

(1)文本文件与二进制文件 根据文件中数据的组织形式， 可将文件分为文本文件和二进制文件两类。

文本文件存放 的是 ASCII 码（或其他编码的）字符，使用 Windows 操作系统的记事本打开可正确查看其-1-内容；而二进制文件可以是任何类型的文件，不能使用记事本类的文本编辑工具编辑。

通常 源程序代码是文本文件， 目标代码与可执行文件是二进制文件。

存放数据的文件既可设计为 文本文件，也可设计为二进制文件，应根据实际情况选择合适的方式。

(2)只读文件、只写文件与可读写文件 从访问文件中数据的存取控制方式来看， 文件的访问方式可设置为只读的、 只写的或可 读写的。

只读方式可保证原有文件中的内容不被破坏， 如果需要更新文件内容则必须采用只 写或可读写方式。

(3)顺序文件与随机文件 顺序文件是一个数据序列，对它的操作必须按照顺序进行，如打印机、磁带机等设备对 应的文件就是顺序文件。

随机文件的数据项可以通过地址直接访问，不必依照任何顺序，如 磁盘等设备对应的文件就是随机文件。

(4)文件缓冲 由于输入／输出外部设备的速度远低于计算机处理数据的速度， 所以文件系统一般都支 持缓冲（buffer）机制。

对于输出设备，程序输出的数据首先存放到一个开设在内存的缓冲 区中， 缓冲区中的数据装满后再整批送往外部设备。

将缓冲区数据送往外部设备的过程称为 刷新（flush） 。

对于输入设备，文件系统将数据整批读入到内存缓冲区中，程序中输入的数 据实际上取自缓冲区中， 缓冲区读完后才由文件系统读入下一批数据。

如果缓冲区的大小仅 有一个字符，则退化为无缓冲的情况。

10.1.3 输入／输出流程序与外部设备的交互作用通过操作系统（operating system）中的文件系统实现，文件 系统提供了一系列系统调用（system call）接口，程序利用这些接口与外界进行交互。

在使用一个文件之前必须先将它打开， 即通知操作系统为文件设置缓冲区并为程序分配 适当的设备；一旦文件使用完毕后必须将它关闭，这时相应的缓冲区将被释放，设备也与文 件脱离关联。

在使用文件的过程中可以使用各种形式的读／写操作。

但这些系统调用接口的层次太低， 在程序设计语言中直接使用这些系统调用太复杂且不 方便， 所以高级程序设计语言都提供了抽象层次更高的输入／输出机制。

Java 语言本身不包 含输入／输出语句，而是通过 Java API 提供的程序包 java.io 完成的。

为输入／输出数据， Java 程序与数据的发送者或接收者要建立一个数据通道， 这个数据 通道被抽象为流(stream)，输入时 Java 程序是流的目标(destination)或潭(sink)，输出时 Java 程序是流的源(source)。

流将输入／输出的源和目标分离开来， 程序在输出时只管将数据写入输出流， 而不管数 据到底写入到了哪个文件、设备或程序，在输入时只管从输入流读取数据，不管到底是从哪 个文件、设备或程序读取数据，输入／输出流负责关联到具体的文件、设备或程序。

程序对 各种流的处理也基本相同：打开流、读取／写入数据、关闭流，可以用统一的形式处理输入 ／输出，这使得输入输出的编程变得简单和方便。

§10.2 Java 流系统概述Java API 提供了两套流类来处理输入／输出：一套是面向字节(byte-oriented)的流，一 套是面向字符(char-oriented)且基于 Unicode 编码的流。

面向字节的流以 8 位的字节为单位 处理输入输出数据，面向字符的流则以 16 位的字符为处理单位。

字节通常是计算机进行数 据处理的最小单位，面向字节的流可处理任何格式的数据，例如二进制文件，因为具体的格 式由程序自己负责解释。

面向字符的流则将输入输出的数据解释为基于 Unicode 编码的字 符，因此通常用于处理文本文件。

Java API 的每套流类都包括输入流类和输出流类， 这些流类按功能又都可分为与输入源 或输出目标相关联的基本流类和对输入输出功能进行装饰(decorate)的过滤器流类。

下面分小 节分别讨论其中的主要流类及它们之间的继承关系，从 10.3 节开始则以例子分类说明它们 的典型用法。

-2-10.2.1 面向字节的输入流类面向字节的输入流类都是类 InputStream 的后代类， InputStream 是根类 Object 的子类， 类 是对输入通道最基本功能的抽象。

类 InputStream 提供的主要方法见表 10.1，这些方法在该 类中虽然没有实质的实现， 但在后代类被重定义后将完成实质的输入功能， 程序员在使用输 入流时主要是使用类 InputStream 的后代类： 表 10.1 类 InputStream 的主要方法abstract int read() throws IOException 从流关联的输入源（调用构造方法创建对象实例时会将流关联到输入源）读入一个字节的数 据，成功则返回该数据，否则若遇到流的结尾返回-1，发生其它输入问题则抛出异常 IOException。

int read(byte[] buffer) throws IOException 从流关联的输入源试图读入 buffer.length 个字节的数据放到 buffer，除非碰到流的结尾或者 发生其他问题，如果至少成功读入一个字节的数据则返回读入数据的实际字节数，否则若遇到流 的结尾返回-1，发生其它输入问题则抛出异常 IOException，若 buffer 为 null 则抛出异常 NullPointerException。

调用该方法与调用 read(buffer, 0, buffer.length)等效。

int read(byte[] buffer, int offset, int length) throws IOException 从流关联的输入源试图读入 length 个字节的数据放到 buffer[offset]至 buffer[offset+length-1]， 除非碰到流的结尾或者发生其他问题，如果至少成功读入一个字节的数据则返回读入数据的实际 字节数， 否则若遇到流的结尾返回-1， 发生其它输入问题则抛出异常 IOException， buffer 为 null 若 则抛出异常 NullPointerException，若 offset 或 length 为负数，或者 offset+length>buffer.length 则抛 出异常 IndexOutOfBoundsException。

void close() throws IOException 关闭流，释放与流关联的输入源。

类 InputStream 的主要子类及其完成的输入功能我们使用表 10.2 说明： 表 10.2 类 InputStream 的主要子类及其功能类名 ByteArrayInputStream FileInputStream 构造方法的主要参数 字节数组 byte[] buffer 类 File 的 对 象 、 类 FileDescriptor 的 对象或字符串表示的文 件名 PipedOutputStream 的对象 功能描述 以程序中的一字节数组作为输入源。

通常 用于对字节数组中的数据进行转换。

以文件作为输入源。

用于完成文件中数据 的输入操作。

辅助类 File 用于操纵文件 或文件目录（不操纵文件中的数据） 。