第10章 Java I/O本章学习目标理解流的概念。掌握InputStream和OutputStream及派生类。掌握Reader和Wri
ter及其派生字符流类。掌握File类和RandomAccessFile类的应用。I/O计算机程序的最一般模型可以归纳为：输入、计
算和输出。输入和输出是人机交互的重要手段，一个设计合理的程序应该首先允许用户根据具体情况输入不同的数据，然后经过程序算法的计算处理
，最后以用户容易接受的方式输出结果。 10.2 流的概念 流（Stream）是对数据传送的一种抽象，当预处理数据从外界“流入”程
序中，就称之为输入流，相反，当程序中的结果数据“流到”外界（如显示屏幕、文件等）时，就称之为输出流。输入或输出是从程序角度来看的。
在Java类库中，I/O（输入和输出）部分的内容不少，这点看看JDK的java.io包就知道了，它涉及的主要关键类有：InputS
tream、OutputStream、Reader、Writer和File等。 Java I/O类InputStream和Out
putStream类是用来处理字节（8位）流的。Reader和Writer类用来处理字符（16位）流。File类则用来处理文件。
10.2.1 标准输出 System.out是标准输出流对象，可以通过调用它的println（）、print（）或write（）
方法来实现对各种数据的输出显示。 【例 10-1】标准输出方法举例。 10.2.2 标准输入 System.in是标准输入流对象
，可以通过调用它的read（）方法来实现从键盘读入数据的功能。由于输入比输出容易出错，Java对输入操作强制设置了异常保护，程序中
必须抛出异常或捕获异常，否则程序将不能编译通过。 【例 10-2】标准输入方法举例。Hint对于多数程序设计语言（如C和Pasca
l）来说，它们处理的一般字符都是单字节的，而对Java来说，情况比较特别，当用户输入一般字符（此时为单字节）给Java程序后，若程
序中用来存放该字符的数据类型为char时，原本的单字节会自动在高位补０扩充为双字节进行存储。Java采用双字节存储原本为单字节的一
般字符，主要是为了将一般字符与其他字符（如汉字字符）统一起来，方便处理。后面介绍的（Unicode）字符流，即指双字节流。 标准输
入功能扩充 原本System.in标准输入流对象只能提供以字节为单位的数据输入，通过引入InputStreamReader和Buf
feredReader类的对象对其进行两次包装（第一次将System.in对象包装为reader对象的内嵌成员，第二次又将read
er对象包装为input对象的成员），这样，就可以使用BufferedReader类提供的readLine()方法，实现以行为单位
的字符串输入功能。当获取字符串数据后，还可以根据具体的数据类型进行相应转换。 【例 10-3】扩充的标准输入方法。 【例 10-4
】用户输入类MyInput。 【例 10-5】测试MyInput用户输入类。为了避免不同地方需要进行交互式输入时每次都要重新编写包
装语句，建议读者：将上述常用交互式输入单独定义为一个用户输入类MyInput，并将其放置到用户自定义类包myPackage中，以后
各个程序或者程序的不同地方就可以方便地进行交互式输入了。 10.3 字节流 以字节为处理单位的流称为字节流，字节流相应地分为字节
输入流和字节输出流两种。 10.3.1 InputStream 所有字节输入流的基类为InputStream，它是一个从Obje
ct类直接继承而来的抽象类，类中声明有多个用于字节输入的方法，为其他字节输入流派生类奠定了一个基础，它与其他派生类的继承关系如下图
所示 ：ByteArrayInputStream ByteArrayInputStream输入流类含有四个成员变量：buf 、co
unt、 mark和 pos。buf为字节数组缓冲区，用来存放输入流；count为计数器，记录输入流数据的字节数；mark用来做标
记，以实现重读部分输入流数据；pos为位置指示器，指明当前读指针的位置，即已读取count-1个字节的数据。ByteArrayIn
putStream输入流类提供的方法基本上与它的基类InputStream是一样的，因此，ByteArrayInputStream
可以说是一个比较简单和基础的字节输入流类。 FileInputStream FileInputStream类是用来实现从文件中读取
字节流数据的，它也是从抽象类InputStream直接继承而来，不过，有些方法，如mark（）和reset（）等，它并不支持，因为
FileInputStream输入流只能实现文件的顺序读取。另外，FileInputStream既然属于字节输入流类，那么它就不适
合来读取字符文件，而适合读取字节文件（如图像文件）。字符文件的读取可以采用后面要介绍的字符输入流类FileReader。【例 10
-6】测试FileInputStream文件输入流类。import java.io.;public class TestFile
InputStream { public static void main(String args[]) throws IOExc
eption { try { //创建文件输入流对象fis FileInputStream fis
= new FileInputStream("data.dat"); byte buf[] = new byte[128];
int count; //记录实际读取字节数 count=fis.read(buf); //从文件输入流fis中读取字节
数据 System.out.println("共读取"+count+"个字节"); System.out.print(ne
w String(buf)); fis.close(); //关闭fis输入流 } catch (IOException
ioe) { System.out.println("I/O异常"); } }} 如果程序当前目录下没有data.d
at数据文件，则运行时将会引发FileNotFoundException异常，此时，异常保护语句就会被执行，输出“I/O异常”信息
；如果有data.dat数据文件，并且在其中已经编辑输入了“Beijing 2008 Olympic Games”，则程序运行时将
会从文件中读取这一信息并在屏幕上输出，如下所示：共读取26个字节 //注：一个普通ASCII字符就是一个字节B
eijing 2008 Olympic Games 当编辑数据文件输入的是“Beijing 2008 奥运会”时，程序在屏幕
上显示的信息如下：共读取19个字节 //注：一个汉字是两个字节；data.dat文件须为ANSI编码格式Beijing
2008 奥运会 由此可见，使用FileInputStream文件输入流对象，可以实现从文件中以字节为单位获取数据。
FilterInputStream FilterInputStream是为了包装InputStream流而引入的中间类，说它是中间
类，是因为它的构造方法的访问属性为protected的，即用户不能直接将其实例化，创建FilterInputStream对象，它把
具体的包装任务交给了它的子类们来完成。这些子类有BufferedInputStream、CheckedInputStream、Da
taInputStream、 LineNumberInputStream等，每一个子类都是以现成的InputStream流对象为其
数据源，试图对该InputStream流做进一步的处理。当然，有兴趣的读者也可以试着自己定义一个从FilterInputStrea
m继承而来的加强输入流类，实现对输入流的特殊处理（如按位读取等）。 BufferedInputStream BufferedInp
utStream类只是在FilterInputStream类（或者说InputStream类）的基础上添加了一个读取缓冲功能，因此
，也有人说它本来应该合并到InputStream中去才对。不过，我们更关心的是，到底缓冲能带来多大的性能提高呢？例10-7就是一个
测试程序，读者有兴趣的话可以亲自上机验证一下，我们在自己的计算机上对输入流的缓冲与否做了一个测试，测试读取的为一图片文件，大小约为
2.52M，结果表明，它们二者之间的速度差别还是非常明显的，对于小输入流的读取况且如此，那么对于大输入流情况，则缓冲带来的效果就可
想而知了。 【例 10-7】测试BufferedInputStream输入流类带来的性能提高。import java.io.;p
ublic class TestBufferedInputStream { public static void main(S
tring args[]) throws IOException { try { //创建文件输入
流对象fis,为了取得明显效果,Big.dat文件为一张图片 InputStream fis =new Buf
feredInputStream( new FileInputStream("Big.dat")); Syst
em.out.println("测试开始..."); while (fis.read()!=-1) //从
文件输入流fis中读取字节数据 { //读取整个文件输入流 } System.out.println
("测试结束"); fis.close(); //关闭fis输入流 } catch
(IOException ioe) { System.out.println("I/O异常"); } }}有兴趣的读者可
以尝试将上述InputStream fis =new BufferedInputStream( new FileInputStre
am("Big.dat")); 语句改为：InputStream fis =( new FileInputStream("Big.
dat");这时，将会发现对于文件输入流的读取速度大大低于缓冲时的情形。 10.3.2 OutputStream 抽象类Outp
utStream是所有字节输出流类的基类，它的派生关系如下图所示: FileOutputStream 【例 10-8】FileOu
tputStream文件输出流类。import java.io.;public class TestFileOutputStre
am {public static void main(String args[]) { try { System.out
.print("请输入数据: "); int count,n=128; byte buffer[] = new byte
[n]; count = System.in.read(buffer); //读取标准输入流 FileOutputStre
am fos = new FileOutputStream("test.dat"); //创建文件输出流对象 fos.wr
ite(buffer,0,count); //写入输出流 fos.close(); //关闭输出流 System.out.
println("已将上述输入数据输出保存为test.dat文件。"); } catch (IOException ioe) {
System.out.println(ioe); } catch (Exception e) { System.out.
println(e); } } } 程序的运行结果如下：请输入数据: Earthquake occured in Sic
huang Wenchuang has caused great casualties!(回车)已将上述输入数据输出保存为test
.dat文件。 打开程序新建的test.dat文件(原本没有这个文件)，可以发现刚刚输入的数据已经被输出保存。如果再次运行程
序：请输入数据: donation(回车)已将上述输入数据输出保存为test.dat文件。 此时，再次打开test.
dat文件查看，就会发现，原来的输出数据被新的输出数据所取代。这是因为FileOutputStream类不支持文件续写或定位等功能
，它只能实现最基本的文件输出操作。10.4 字符流 字符流类是为方便处理16位Unicode字符而（在JDK1.1之后）引入的输
入输出流类，它以两个字节为基本输入输出单位，适合于处理文本类型数据。Java设计的字符流体系中有两个基本类：Reader和Writ
er，分别对应字符输入流和字符输出流。 10.4.1 ReaderReader字符输入流是一个抽象类，本身不能被实例化，因此真正
实现字符流输入功能的是由它派生的子类们，如BufferedReader、CharArrayReader、FilterReader、
InputStreamReader、PipedReader和StringReader等，其中一些子类又再进一步派生出其他功能子类，
其继承关系如下图所示： 特色Java输入输出的一个特色就是可以组合使用（包装）各种输入输出流为功能更强的流，因此，才设计定义了这么
多各具功能的输入输出流类。下面请看一个程序例子。 【例 10-9】FileReader和BufferedReader的组合使用。
import java.io.; public class TestFileReader { public static voi
d main(String args[]) { try { FileReader fr = new FileReader
("fuwa.dat"); BufferedReader bfr = new BufferedReader(fr);
String str=bfr.readLine(); while (str!=null)
{ System.out.println(str); str=bfr.readLine(
); } } catch (IOException ioe) { System.out.println(ioe)
; } catch (Exception e) { System.out.println(e); } }} 在本例中，
首先利用FileReader将字节文件输入流转换为字符输入流，然后通过调用BufferedReader包装类的readLine()
方法，一行一行地读取文件输入流中的数据，并按行进行输出显示。程序的运行结果如下：(如果汉字出现乱码，请试着再次保存为ANSI编码)
Beijing2008福娃贝贝晶晶欢欢迎迎妮妮 以上结果是由于笔者在程序运行前已经给fuwa.dat文件编辑录入了以
上8行信息。10.4.2 Writer字符流输出基类Writer也是一个抽象类，本身不能被实例化，因此真正实现字符流输出功能的是
由它派生的子类们，如BufferedWriter、CharArrayWriter、FilterWriter、 OutputStre
amWriter、PipedWriter、PrintWriter和StringWriter等，其中OutputStreamWrit
er子类又再进一步派生出FileWriter子类，其继承关系如下图所示： FileWriter类的其他方法都是从它的父类继承而来的
。在实际应用中，常将FileWriter类的对象包装为BufferedWriter对象，以提高字符输出效率。请看下面的例子。 【例
10-10】FileWriter和BufferedWriter的组合使用。 import java.io.; publi
c class TestFileWriter { public static void main(String[] arg
s) { try { InputStreamReader isr =
new InputStreamReader(System.in); BufferedReader br =
new BufferedReader(isr); FileWriter fw = new FileWrit
er("out.dat"); BufferedWriter bw = new BufferedWriter(
fw); String str = br.readLine(); while(!(s
tr.equals("#"))) { bw.write(str,0,st
r.length()); bw.newLine(); str =
br.readLine(); } br.close(); b
w.close(); } catch(IOException e) { e.p
rintStackTrace(); } } } 程序的运行结果如下：C:\工作目录>java TestFileWrit
er(运行程序)One World,One Dream! (第一行输入)2008 Olympic Games! (第二行输入)北
京欢迎你! (第三行输入) # (第四行输入) 当第四行的“#”
号被输入并按下回车键后，程序正常退出。打开out.dat文件可以看到，上述输入的3行信息都已经被写入文件。注意bw.newLine
();语句在不同系统下实际输出的行分隔符是不同的，在Windows下是“\r”（回车）和“\n”（换行），在Unix/Linux下
只有“\n”，而在Mac OS下则是“\r”，因此，如果在Windows下用记事本程序打开Unix/Linux下编辑的文本文件，就
会看不到分行的效果，要想恢复原来的分行效果，可以通过将每一个“\n”转换为“\r”和“\n”，这样，就可以恢复Unix/Linux
下分行的效果了。下面请看实现这一转换过程的一个程序示例。 【例 10-11】Unix文本文件转换为Windows文本文件。impo
rt java.io.;public class Unix_2_Win { public static void main
(String[] args) { try { FileReader fileReader
= new FileReader("unix.dat"); FileWriter fileWriter =
new FileWriter("win.dat"); char[] line = {''\r'', ''\n''
}; int ch = fileReader.read(); while(ch !
= -1) //直到文件结束 { if(ch == ''\n'')
fileWriter.write(line); //实施转换 else
fileWriter.write(ch); //不变
ch = fileReader.read(); //读取下一个字符 }
fileReader.close(); //关闭输入流 fileWriter.close();
//关闭输出流 } catch(IOException e) { e.pr
intStackTrace(); } } }Unix下编辑的文本文件unix.dat在Windows下用记事本
打开，如下图所示： 当执行上述程序，对Unix.dat文件进行读取并转换保存为win.dat后，再用记事本打开，显示效果如下图所示
： PipedWriter PipedWriter为管道字符输出流类，它必须与相应的PipedReader一起工作，共同实现管道式
输入输出。 10.5 文件 10.5.1 File类与java.io包定义的其他输入输出类不同的是，File类直接处理文件和文
件系统本身，也就是说File类并不关心怎样从文件读取数据流或向文件存储数据流，它主要用来描述文件或目录的自身属性。通过创建File
类对象，我们可以处理和获取与文件相关的信息，比如文件名、相对路径、绝对路径、上级目录、是否存在、是否是目录、可读、可写、上次修改时
间和文件长度等。10.5 文件 10.5.1 File类此外，当File对象为目录时，还可以列举出它的文件和子目录。一个Fil
e类对象被创建后，它的内容就不能再改变了，要想改变（即进行文件读写操作）就必须利用前面介绍过的强大I/O流类对其进行包装或者使用后
面即将介绍的RandomAccessFile类。对于Java语言，不管是文件还是目录都用File类来表示。 【例 10-13】Fi
le类示例程序。import java.io.;import java.util.;public class TestFile
{ public static void main(String[] args) { try { F
ile f = new File(args[0]); if(f.isFile()) { // 是否是文件
System.out.println("该文件属性如下所示："); System.out.println("文
件名->" +f.getName()); System.out.println(f.isHidden()? "->
隐藏" : "->没隐藏"); System.out.println(f.canRead() ? "->可读 "
: "->不可读 "); System.out.println(f.canWrite() ? "->可写 " :
"->不可写 "); System.out.println("大小->" +f.length() + "字节"
); System.out.println("最后修改时间->" +new Date(f.lastModifie
d())); } else { // 列出所有的文件和子目录 File[] fs
= f.listFiles(); ArrayList fileList = new ArrayL
ist<>(); for(int i = 0; i < fs.length; i++) {
// 先列出文件 if(fs[i].isFile()) //是否是文件
System.out.println(" "+fs[i].getName()); el
se // 子目录存入fileList,后面再列出 fileLi
st.add(fs[i]); } // 列出子目录 for(int i
=0;i System.out.println(" "+f.getName()); }
System.out.println(); } } catch(ArrayI
ndexOutOfBoundsException e) { System.out.println(e.toStri
ng()); } } }程序的运行结果如图10-7所示：图10-7 File类示例10.5.2 RandomAc
cessFile类上述File类不能进行文件读写操作，必须通过其他类来提供该功能，RandomAccessFile类就是其中之一。
RandomAccessFile类与前面介绍过的文件输入输出流类相比，其文件存取方式更灵活，它支持文件的随机存取（Random A
ccess）：在文件中可以任意移动读取位置。RandomAccessFile类对象可以使用seek（）方法来移动文件存取的位置，移
动单位为字节，为了能正确移动存取位置，编程者必须清楚随机存取文件中各数据的长度和组织。 【例 10-14】RandomAccess
File类示例程序。import java.io.;import java.util.;import myPackage.My
Input;//定义图书类Bookclass Book { private StringBuffer name; p
rivate short price; //2个字节 public Book(String n,int p) {
name=new StringBuffer(n); name.setLength(7); //限定为固定的7个字符（
14字节） price=(short)p; } public String getName()
{ return name.toString(); } public short getPrice
() { return price; } public static int size() {
return 16; } }public class TestRandomAccessFile {
public static void main(String[] args) throws IOException {
Book[] books = {new Book("Java教程", 22),new Book("操作系统", 38
), new Book("编译原理", 29),new Book("计算机网络", 32),
new Book("计算机图形学", 18),new Book("数据库原理", 12)};
File f = new File("stock.dat");
//以读写方式打开stock.dat文件 RandomAccessFile raf = new Ra
ndomAccessFile(f, "rw"); //将books中的书本信息写入文件 for(in
t i = 0; i < books.length; i++) { raf.writeChars(books[
i].getName()); raf.writeShort(books[i].getPrice());
} System.out.print("查询第几本书?"); //利用自定义类
MyInput进行数据输入 int n = MyInput.intData();
//通过seek()定位到第n本书的数据起始位置 raf.seek((n-1) Book.size())
; //bname用于存放读取到的第n本书的书名 char[] bname=new char[7]; char ch; for(int i=0;i<7;i++){ ch = raf.readChar(); if (ch==0) bname[i]=''\0''; else bname[i]=ch; } System.out.print("书名:"); System.out.println(bname); System.out.println("单价:" + raf.readShort()); //输出读取到的第n本书的单价 raf.close(); //关闭文件 }}程序的运行结果如图10-8所示：图10-8 随机读取文件中的图书信息提示所有文件都是二进制文件，至于文件中的二进制数据如何解读？这完全取决于它的数据组织方式和编码格式。总之，编码（以及相应的解码）是计算机之所以能用0、1序列来表示各种数据的缘故！文件读写操作三步骤：1、以某种读写方式打开文件； 2、进行文件读写操作； 3、关闭文件。需要特别注意的是：对于某些文件存取对象，关闭文件意味着将缓冲区（Buffer）中的数据全部写入磁盘文件，如果不进行（或忘记）文件关闭操作，某些数据可能就会因为没能及时写入文件而发生丢失。10.6 小结计算机程序的执行往往涉及到数据输入和输出，因此，几乎每一种程序设计语言都提供了相应的输入输出功能。本章结合Java语言提供的输入输出包java.io对各种输入输出功能作了介绍，包括流的概念、字节流、字符流以及一些常见的文件操作等。另外，需要指出的是：java.io包给开发者提供强大输入输出功能的同时，本身也展示了各种面向对象技术，值得广大开发人员去模仿和借鉴。 作业1257812 |
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