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Java字节流（字节输入流+字节输出流）

上一节
Java 字节流以字节为传输单位，用来读写 8 位的数据，除了能够处理纯文本文件之外，还能用来处理二进制文件的数据。InputStream 类和 OutputStream 类是所有字节流的父类。

InputStream类

面向字节的输入流都是 InputStream 类的子类，其类层次结构如图1所示。
InputStream 类层次结构图
图1：InputStream 类层次结构图

表1列出了 InputStream 的主要子类及说明。
表1：InputStream 的主要子类
类名 功能描述
FileInputStream 从文件中读取的输入流
PipedInputStream 输入管道
FilterInputStream 过滤输入流
ByteArrayInputStream 从字节数组读取的输入流
SequenceInputStream 两个或多个输入流的联合输入流，按顺序读取
ObjectInputStream 对象的输入流
LineNumberInputStream 为文本文件输入流附加行号
DataInputStream 包含读取 Java 标准数据类型方法的输入流
BufferedInputStream 缓冲输入流
PushbackInputStream 返回一个字节并把此字节放回输入流

InputStream 流类中包含一套所有输入都需要的方法，可以完成最基本的从输入流读入数据的功能。表2列出了其中常用的方法及说明。

表2：InputStream 的常用方法
方法 功能描述
void close() 关闭输入流
void mark() 标记输入流的当前位置
void reset() 将读取位置返回到标记处
int read() 从输入流中当前位置读入一个字节的二进制数据，以此数据为低位字节，补足16位的整型量（0~255）后返回，若输入流中当前位置没有数据，则返回-1
int read(byte b[]) 从输入流中的当前位置连续读入多个字节保存在数组中，并返回所读取的字节数
int read(byte b[], int off, int len) 从输入流中当前位置连续读len长的字节，从数组第off+1个元素位置处开始存放，并返回所读取的字节数
int available() 返回输入流中可以读取的字节数
long skip(long n) 略过n个字节
long skip(long n) 跳过流内的n个字符
boolean markSupported() 测试输入数据流是否支持标记

OutputStream类

面向字节的输出流都是OutputStream类的子类，其类层次结构如图2所示。
OutputStream类层次结构图
图2：OutputStream 类层次结构图

表3列出了OutputStream的主要子类及说明。 
表3：OutputStream 的主要子类
类名 功能描述
FileOutputStream 写入文件的输出流
PipedOutputStream 输出管道
FilterOutputStream 过滤输出流
ByteArrayOutputStream 写入字节数组的输出流
ObjectOutputStream 对象的输出流
DataOutputStream 包含写Java标准数据类型方法的输出流
BufferedOutputStream 缓冲输出流
PrintStream 包含print()和println()的输出流

OutputStream 流类中包含一套所有输出都需要的方法，可以完成最基本的向输出流写入数据的功能。表4列出了其中常用的方法及说明。 

表4：OutputStream 的常用方法
方法 功能描述
void close() 关闭输出流
void flush() 强制清空缓冲区并执行向外设输出数据
void write(int b) 将参数b的低位字节写入到输出流
void write(byte b[]) 按顺序将数组b[]中的全部字节写入到输出流
void write(byte b[], int off, int len) 按顺序将数组b[]中第off+1个元素开始的len个数据写入到输出流

由于 InputStream 和 OutputStream 都是抽象类，所以在程序中创建的输入流对象一般是它们某个子类的对象，通过调用对象继承的 read() 和 write() 方法就可实现对相应外设的输入输出操作。

字节流的使用

1) 文件输入输出流的使用

文件输入输出流 FileInputStream 和 FileOutputStream 负责完成对本地磁盘文件的顺序输入输出操作。

【示例1】通过程序创建一个文件，从键盘输入字符，当遇到字符#时结束，在屏幕上显示该文件的所有内容。 
import java.io.*;
class Demo{
    public static void main(String args[]){
        char ch;
        int data;
        try{
            FileInputStream a=new FileInputStream(FileDescriptor.in);  //创建文件输入流对象
            FileOutputStream b=new FileOutputStream("www.weixueyuan.net.txt");  //创建文件输出流对象
            System.out.println("请输入字符，以#号结束：");
            while((ch=(char)a.read())!='#'){
                b.write(ch);
            }
            a.close();
            b.close();
            System.out.println();
            FileInputStream c=new FileInputStream("www.weixueyuan.net.txt");
            FileOutputStream d=new FileOutputStream(FileDescriptor.out);
            while(c.available()>0){
                data=c.read();
                d.write(data);
            }
            c.close();
            d.close();
        }
        catch(FileNotFoundException e){
            System.out.println("找不到该文件！");
        }
        catch(IOException e){}
    }
}
运行后在程序目录建立一个名称为 www_weixueyuan_net.txt 的文件，运行结果为：

请输入字符，以#号结束：
www.weixueyuan.net is a great website.#

www.weixueyuan.net is a great website.


FileDescriptor 是 java.io 中的一个类，该类不能实例化，其中包含三个静态成员：in、out 和 err，分别对应于标准输入流、标准输出流和标准错误流，利用它们可以在标准输入输出流上建立文件输入输出流，实现键盘输入或屏幕输出操作。

【示例2】实现对二进制图形文件（.gif）的备份。 
import java.io.*;
class Demo{
    public static void main(String args[]) throws IOException{
        FileInputStream a=new FileInputStream("www.weixueyuan.net_logo.gif");
        FileOutputStream b=new FileOutputStream("www.weixueyuan.net_logo_back.gif");
        System.out.println("文件的大小为："+a.available());
        byte c[]=new byte[a.available()];
        a.read(c);  //将图形文件读入数组
        b.write(c);  //将数组中的数据写入到新文件中
        System.out.println("文件已经被更名复制！");
        a.close();
        b.close();
    }
}
运行后在程序目录备份了一个名称为 www.weixueyuan.net_log_back.gif 的文件，运行结果：

文件的大小为：15951
文件已经被更名赋值！

2) 过滤流

FilterInputStream 和 FileOutputStream 是 InputStream 和 OutputStream 的直接子类，分别实现了在数据的读、写操作的同时能对所传输的数据做指定类型或格式的转换，即可实现对二进制字节数据的理解和编码转换。

常用的两个过滤流是数据输入流 DataInputStream 和数据输出流 DataOutputStream。其构造方法为：

DataInputStream(InputStream in);  //创建新输入流，从指定的输入流 in 读数据
DataOutputStream(OutputStream out);  //创建新输出流，向指定的输出流 out 写数据


由于 DataInputStream 和 DataOutputStream 分别实现了 DataInput 和 DataOutput 两个接口（这两个接口规定了基本类型数据的输入输出方法）中定义的独立于具体机器的带格式的读写操作，从而实现了对不同类型数据的读写。由构造方法可以看出，输入输出流分别作为数据输入输出流的构造方法参数，即作为过滤流必须与相应的数据流相连。

DataInputStream 和 DataOutputStream 类提供了很多个针对不同类型数据的读写方法，具体内容读者可参看 Java 的帮助文档。

【示例3】将三个 int 型数字 100、0、-100 写入数据文件 www.weixueyuan.net.dat 中。 
import java.io.*;
class Demo{
    public static void main(String args[]){
        String fileName="www.weixueyuan.net.dat";
        int value1=100, value2=0, value3=-100;
        try{
            //将 DataOutputStream 与 FileOutputStream 连接输出不同类型的数据
            DataOutputStream a=new DataOutputStream(new FileOutputStream(fileName));
            a.writeInt(value1);
            a.writeInt(value2);
            a.writeInt(value3);
            a.close();
        }
        catch(IOException i){
            System.out.println("出现错误!"+fileName);
        }
    }
}
运行后在程序目录中生成数据文件 www.weixueyuan.net.dat，用文本编辑器打开后发现内容为二进制的：

0000 0064 0000 0000 ffff ff9c


【示例4】读取数据文件 www.weixueyuan.net.dat 中的三个 int 型数字，求和并显示。 
import java.io.*;
class Demo{
    public static void main(String args[]){
        String fileName="www.weixueyuan.net.dat";
        int sum=0;
        try{
            DataInputStream a=new DataInputStream(new BufferedInputStream(new FileInputStream(fileName)));
            sum+=a.readInt();
            sum+=a.readInt();
            sum+=a.readInt();
            System.out.println("三个数的和为："+sum);
            a.close();
        }
        catch(IOException e){
            System.out.println("出现错误！"+fileName);
        }
    }
}
运行结果：
三个数的和为：0

readInt 方法可以从输入输出流中读入 4 个字节并将其作为 int 型数据直接参与运算。由于已经知道文件中有 3 个数据，所以可以使用 3 个读入语句，但若只知道文件中是 int 型数据而不知道数据的个数时该怎么办呢？因为 DataInputStream 的读入操作如遇到文件结尾就会抛出 EOFException 异常，所以可将读操作放入 try 中。 
try{
    while(true)
    sum+=a.readInt();
}
catch(EOFException e){
    System.out.pritnln("三个数的和为："+sum);
    a.close();
}
EOFException 是 IOException 的子类，只有文件结束异常时才会被捕捉到，但如果没有读到文件结尾，在读取过程中出现异常就属于 IOException。

【示例5】从键盘输入一个整数，求该数的各位数字之和。 
import java.io.*;
class Demo{
    public static void main(String args[]) throws IOException{
        DataInputStream a=new DataInputStream(System.in);
        System.out.print("请输入一个整数：");
        int b=a.readInt();
        int sum=0;
        int c=b;
        while(c>0){
            int d=c%10;  //取最低位
            c=c/10;  //去掉最低位
            sum=sum+d;  //累加各位之和
        }
        System.out.println(b+"的各位数字之和="+sum);
    }
}
运行结果：

请输入一个整数：26
842403082 的各位数字之和=31


需要注意的是，输入的数据 26 为变成了 842403082，原因在于输入数据不符合基本类型数据的格式，从键盘提供的数据是字符的字节码表示方式，若输入 26，只代表 2 和 6 两个字符的字节数据，而不是代表整数 26 的字节码。

若要从键盘得到整数需要先读取字符串，再利用其他方法将字符串转化为整数。

3) 标准输入输出

System.in、System.out、System.err 这 3 个标准输入输流对象定义在 java.lang.System 包中，这 3 个对象在 Java 源程序编译时会被自动加载。
  • 标准输入 System.in 是 BufferedInputStream 类的对象，当程序需要从键盘上读入数据时，只需要调用 System.in 的 read() 方法即可，该方法从键盘缓冲区读入一个字节的二进制数据，返回以此字节为低位字节，高位字节为 0 的整型数据。
  • 标准输出 System.out 是打印输出流 PrintStream 类的对象。PrintStream 类是过滤输出流类 FilterOutputStream 的一个子类，其中定义了向屏幕输出不同类型数据的方法 print() 和 println()。
  • 标准错误输出 System.err 用于为用户显示错误信息，也是由 PrintStream 类派生出来的错误流。Err 流的作用是使 print() 和 println() 将信息输出到 err 流并显示在屏幕上，以方便用户使用和调试程序。

【示例6】输入一串字符显示出来，并显示 System.in 和 System.out 所属的类。 
import java.io.*;
class Demo{
    public static void main(String args[]){
        try{
            byte a[]=new byte[128];  //设置输入缓冲区
            System.out.print("请输入字符串：");
            int count =System.in.read(a);  //读取标准输入输出流
            System.out.println("输入的是：");
            for(int i=0;i<count;i++)
               System.out.print(a[i]+"");  //输出数组元素的 ASCII 值
            System.out.println();
            for(int i=0;i<count-2;i++)  //不显示回车和换行符
                System.out.print((char)a[i]+"");  //按字符方式输出元素
            System.out.println();
            System.out.println("输入的字符个数为："+count);
            Class InClass=System.in.getClass();
            Class OutClass=System.out.getClass();
            System.out.println("in 所在的类为："+InClass.toString());
            System.out.println("out 所在的类为："+OutClass.toString());
        }
        catch(IOException e){}
    }
}
运行结果：

请输入字符串：abc
输入的是：
9798991310
abc
输入的字符个数为：5
in所在的类为：class java.io.BufferedInputStream
out所在的类为：class java.io.PrintStream


需要注意的是，输入了 3 个字符按回车后，输出的结果显示为 5 个字符。这是由于 Java 中回车被当作两个字符，一个是 ASCII 为 13 的回车符，一个是值为 10 的换行符。程序中 getClass() 和 ToString() 是 Object 类的方法，作用分别是返回当前对象所对应的类和返回当前对象的字符串表示。
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