Programare Orientata pe Obiecte – Java – 9

Bine ati venit pe ItAssistant. Aceasta noua serie de tutoriale isi propune sa va familiarizeze cu limbajul de programare Java si conceptele Programarii Orientata Obiect (POO).

Java – Operatii Input/Output

Operatiile de intrare/iesire sunt realizate, in general, cu ajutorul claselor din pachetul java.io. Acest pachet contine un numar foarte mare de clase, intimidant la inceput, desi, paradoxal, design-ul claselor din Java IO previne “explozia” de clase. In platforma 1.0, biblioteca I/O era centrata in jurul operatiilor la nivel de octet. Variantele ulterioare includ clase pentru lucrul cu caractere. Este necesar sa intelegem cum a evoluat biblioteca java.io, pentru a intelege ce clase sunt folosite si in ce momente, de ce unele metode au devenit deprecated (se recomanda sa nu mai fie folosite) etc.

Streams

Bibliotecile I/O folosesc conceptul de stream (flux), ce reprezinta orice sursa sau consumator de date care este capabil sa produca sau sa primeasca unitati de date, intr-o maniera secventiala. Stream-ul ascunde detaliile a ceea ce se intampla cu datele in interiorul entitatii I/O, care poate fi:

  • fisier de pe disc
  • program (care poseda cele 3 stream-uri standard: in, out, err)
  • etc

Clasele Java pentru I/O sunt separate din punct de vedere al operatiei: input si output. Exista doua linii mari de lucru cu stream-uri, si, anume, la nivel de:

  • octet: clasele derivate din InputStream si OutputStream. Sunt asociate adesea cu fisierele binare.
  • caracter: clasele derivate din Reader si Writer. Sunt asociate adesea cu fisierele text. Acest lucru nu inseamna ca un fisier text nu poate fi privit ca un flux binar, dar, daca informatia se doreste a fi interpretata sub forma sirurilor de caractere, este necesara perspectiva caracter.

Majoritatea functiilor din aceste clase pot arunca exceptii de tip IOException sau derivate din aceasta, cum este FileNotFoundException. Acestea sunt checked, deci vor trebui prinse.

Stream-uri octet

Java – InputStream

Clasa InputStream se situeaza in varful ierarhiei de clase care descriu fluxuri octet sursa:

  • sir de octeti
  • obiect String
  • fisier
  • pipe (care functioneaza asemanator unei “tevi”: datele sunt introduse pe o parte si scoase prin cealalta parte, in ordinea in care au fost introduse).
  • socket (conexiune de retea)

Clasa este abstracta si ofera urmatoarea functionalitate:

  • abstract int read() – citeste si intoarce un octet, iar, in caz de EOF (end of stream), se intoarce -1. Acesta este si motivul pentru care functia intoarce int, si nu byte, pentru a putea semnala sfarsitul de flux. Cu toate acestea, doar cel mai nesemnificativ octet al intregului va contine informatie utila.
  • int read(byte[] b) – citeste un numar de maxim b.length octeti din stream si ii stocheaza in b. Intoarce numarul de octeti cititi sau, in caz de EOF, -1.
  • int read(byte[] b, int from, int len) – citeste un numar de maxim len octeti din stream si ii stocheaza in b, incepand de la pozitia from. Intoarce numarul de octeti cititi sau, in caz de EOF, -1.
  • int available() – intoarce numarul maxim de octeti care pot fi cititi din acest stream fara ca operatia sa se blocheze (folositoare in cazul pipe-urilor, conexiunilor internet etc).
  • int skip(long n) – sare peste n octeti, intorcand numarul efectiv de octeti peste care s-a sarit, sau -1 in caz de EOF.
  • void mark(int readlimit) – marcheaza pozitia curenta drept pozitia la care se va reveni in cazul unui apel reset(). Parametrul readlimit reprezinta dimensiunea buffer-ului in care se vor stoca octeti cititi de acum inainte. Daca se citesc mai mult de readlimit octeti fara a apela reset, atunci buffer-ul este dealocat.
  • void reset() – se restaureaza starea stream-ului la aceea de la ultimul apel mark. Daca s-au citit mai multi octeti decat prevedea buffer-ul alocat, atunci se va arunca IOException.
  • boolean markSupported() – returneaza adevarat daca metodele mark si reset sunt implementate, si fals in caz contrar.

Se observa ca, pentru a defini un input stream propriu, derivat direct din clasa InputStream, este necesar sa suprascriem doar metoda read() (singura abstracta). Toate celelalte metode de citire sunt deja implementate pe baza acesteia.

Ierarhia de clase derivate din InputStream:

Java - InputStream diagram

Observati clasa FileInputStream, utilizata pentru citirea dintr-un fisier sub forma unui flux de octeti.

Java – OutputStream

Clasa OutputStream se situeaza in varful ierarhiei de clase care descriu fluxuri octet destinatie. Pentru fiecare clasa InputStream exista o clasa omolog OutputStream.

Operatiile din clasa OutputStream sunt operatiile in oglinda ale celor din clasa InputStream: write(int b) etc.

Java - OutputStream diagram

Mod de utilizare

Biblioteca Java I/O are o structura stratificata care permite sporirea “responsabilitatilor” unor obiecte individuale intr-un mod dinamic si transparent. De exemplu, am putea dori sa imbogatim un input stream de baza, care opereaza doar la nivel de octet sau sir de octeti, cu posibilitatea de a citi tipuri primitive: input stream-ul nostru ar putea citi 4 octeti deodata, pe care sa-i intoarca sub forma unui int.

Acest mod de a crea o structura de clase este cunoscuta sub numele de Decorator Pattern. Acest pattern impune ca obiectele care adauga functionalitate (wrappers) unui obiect anume sa aibe aceeasi interfata.

Astfel, folosirea decoratorilor poate fi transparenta, in sensul ca putem folosi un obiect in aceeasi maniera, indiferent daca a fost decorat sau nu. Clasele filtru, de baza (ca FilterInputStream), sunt punctul de plecare pentru clasele decorator din Java I/O.

In concluzie, clasele de baza in ierarhia I/O octet devin:

  • InputStream, OutputStream: pentru definirea de stream-uri de baza, corespunzatoare unor entitati I/O
  • FilterInputStream, FilterOutputStream: pentru definirea de stream-uri decorator, care isi vor baza intotdeauna functionalitatea pe un alt stream (underlying), care, la randul sau, poate fi decorat sau nu

Un exemplu de decorator, foarte des intalnit, este al claselor DataInputStream/DataOutputStream, care permit citirea de tipuri primitive din alte fluxuri octet, oferind metode ca readByte, readInt, readFloat, readBoolean, si omoloagele lor, writeByte, writeInt etc.

Urmatorul exemplu exemplifica citirea/scrierea unui fisier binar cu date de diferite tipuri primitive.

import java.io.*;
 
class Test {
    public static void main(String[] args) {
 
        DataOutputStream out = null;
        try {
            out = new DataOutputStream(new FileOutputStream("fis.meu"));
            out.writeFloat(10.0);
            out.writeInt(5);
            out.writeUTF("Hello");
 
        } catch(IOException e) {
            e.printStackTrace();
 
        } finally {
            if (out != null) {
                try {
                    out.close();
 
                } catch (IOException e) {
                    // error closing file: oh well...
                }
            }
        }
 
        DataInputStream in = null;
        try {
            in = new DataInputStream(new FileInputStream("fis.meu"));
            System.out.println("Citesc un float: "  + in.readFloat());
            System.out.println("Citesc un int: "    + in.readInt());
            System.out.println("Citesc un string: " + in.readUTF());
 
        } catch(IOException e) {
            e.printStackTrace();
 
        } finally {
            if (in != null) {
                try {
                    in.close();
 
                } catch (IOException e) {
                    // error closing file: oh well...
                }
            }
        }
 
    }
}

Secventa de mai sus prezinta modalitatea preferata de lucru cu fisiere. Observati:

  • prezenta unui bloc finally, care urmareste inchiderea fisierului indiferent daca operatiile s-au incheiat cu succes sau nu
  • testarea ca obiectul stream sa nu fie null, situatie in care se poate ajunge daca apelul constructorului a esuat (de exemplu, daca fisierul de citit nu a fost gasit)
  • posibilitatea ca metoda close sa arunce exceptie (acest lucru este precizat si in documentatia metodei). In acest caz, s-a definit un bloc try-catch separat.

Este de notat folosirea concomitenta a FileOutputStream si DataOutputStream. Un DataOutputStream accepta date de tip primitiv (writeInt, writeFloat) si le trimite, mai departe, catre un OutputStream oarecare, pe care il primeste ca parametru in constructor.

FileOutputStream este un OutputStream ce desemneaza un fisier. Pentru a scrie in fisier tipuri primitive am decorat un FileOutputStream cu un DataOutputStream.

In acest fel putem imbina diferite clase filtru/decorator pentru a obtine functionalitatea dorita. Este un fapt cunoscut ca operatiile I/O sunt mari consumatoare de timp. In forma lor de baza clasele I/O nu folosesc buffer-e, in sensul ca, de exemplu, fiecare operatie write are drept urmare o operatie fizica de write, pentru un stream fisier. Ar fi mult mai convenabil sa adunam mai multe date intr-un buffer si sa le scriem pe toate deodata.

Aceasta functionalitate este oferita de clasele BufferedInputStream/BufferedOutputStream. Pentru a folosi in exemplu nostru varianta cu buffer-e adaugam inca un filtru, astfel:

out = new DataOutputStream(new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("fis.meu")));

Stream-urile standard

Stream-urile standard, pe care le poseda orice program, sunt:

  • System.in, de tip InputStream
  • System.out, de tip PrintStream
  • System.err, de tip PrintStream.

Clasa PrintStream ofera posibilitatea de formatare ca sir de caractere a valorilor avand tipuri primitive. In general, nu este foarte folosita. Cele 2 obiecte de mai sus si-au pastrat tipul din considerente istorice.

Stream-uri caracter

O data cu introducerea caracterelor Unicode a crescut numarul de octeti necesari pentru a reprezenta un caracter de la 1 la 2. De asemenea, a aparut notiunea de codificare a sirurilor (encoding). Astfel, a aparut necesitatea introducerii unei noi perspective asupra stream-urilor, la nivel de caracter.

In varful ierarhiilor claselor care lucreaza cu caractere se afla Reader si Writer. Aceste ofera primitive asemanatoare cu cele din InputStream/OutputStream, cu diferenta ca este folosit caracterul si nu octetul ca unitate de informatie. Daca dorim sa citim/scriem siruri de caractere trebuie sa folosim Reader si Writer:

Ierarhia de clase este aproape identica cu cea de la stream-uri octet:

Java - Reader diagram

Urmatorul exemplu arata scrierea si citirea dintr-un fisier text, linie cu linie:

import java.io.*;
 
class Test {
    public static void main(String[] args) {
 
        PrintWriter out = null;
        try {
            out = new PrintWriter("fis.meu");
            out.println(10.0);
            out.println(5);
            out.println("Hello");
 
        } catch(IOException e) {
            e.printStackTrace();
 
        } finally {
            if (out != null) {
                try {
                    out.close();
 
                } catch (IOException e) {
                    // error closing file: oh well...
                }
            }
        }
 
        BufferedReader in = null;
        try {
            in = new BufferedReader(new FileReader("fis.meu"));
            System.out.println("Citesc o linie: " + in.readLine());
 
        } catch(IOException e) {
            e.printStackTrace();
 
        } finally {
            if (in != null) {
                try {
                    in.close();
 
                } catch (IOException e) {
                    // error closing file: oh well...
                }
            }
        }
 
    }
}

Observati:

  • utilizarea clasei PrintWriter pentru scrierea in fisier a valorilor avand tipuri comune, folosind metodele print si println
  • utilizarea combinatiei FileReader/BufferedReader, pentru citirea unor linii din fisier, folosind metoda readLine. Clasa FileReader nu ofera aceasta functionalitate.

Stream-uri punte octet-caracter

Exista conversii de la siruri de octeti la siruri de caractere. Filtrul ce realizeaza aceasta conversie este InputStreamReader, care obtine perspectiva caracter asupra unui stream octet. InputStreamReader foloseste o codificare data ca parametru in constructor sau foloseste codificarea implicita.

O aplicatie foarte importanta a acestui mecanism o reprezinta citirea de la consola, tinand cont de faptul ca System.in are tipul InputStream. Desi era, poate, mai firesc ca tipul sa fie Reader (orientat caracter), acesta a ramas orientat octet din motive de compatibilitate: in versiunea initiala nu existau stream-uri caracter.

Revenind la citirea de la consola, vom folosi, ca in exemplul din sectiunea anterioara, clasa BufferedReader, pentru a face uz de metoda sa, readLine:

import java.io.*;
 
class Test {
    public static void main(String[]arg) {
        BufferedReader in = null;
        try {
            in = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
            System.out.println("Citesc o linie: " + in.readLine());
 
        } catch(IOException e) {
            e.printStackTrace();
 
        }
    }
}

Acces aleator

Stream-urile au limitarea de a oferi o perspectiva exclusiv secventiala asupra unei surse/destinatii de date. La un moment dat, nu putem sari direct la un octet/caracter din flux, ci trebuie sa consumam unitatea imediat urmatoare. Este adevarat ca anumite stream-uri, cum ar fi pipe-urile sau socket-ii, nu pot fi abordati decat secvential. Pentru fisiere insa, situatia sta altfel: ele reprezinte obiecte care au asociat un cursor, ce indica pozitia urmatoarei operatii de citire/scriere, si care poate fi deplasat (seek).

Clasa RandomAccessFile nu apartine niciunei ierarhii de clase mentionate pana acum. Ea ofera posibilitatea deplasarii prin fisierul deschis, folosind seek si implementeaza functionalitatea DataInput si DataOutput (cea implementata si in DataInputStream, DataOutputStream), pentru a putea lucra cu tipuri primitive. Este asemanatoare ca functionalitate cu folosirea fisierelor in ANSI C (fseek, fread, fwrite etc).

Iata un exemplu simplu, asemanator celor de la stream-uri:

import java.io.*;
 
class Test {
    public static void main(String[] args) {
 
        RandomAccessFile out = null;
        try {
            out = new RandomAccessFile("fis.meu", "rw"); // read and write
            out.writeFloat(10.0);
            out.writeInt(5);
            out.writeUTF("Hello"); // these methods are also in DataOutputStream, since both classes implement DataOutput interface
 
        } catch(IOException e) {
            e.printStackTrace();
 
        } finally {
            if (out != null) {
                try {
                    out.close();
 
                } catch (IOException e) {
                    // error closing file: oh well...
                }
            }
        }
    }
}

Manipularea fisierelor

Spre deosebire de clasele mentionate pana acum, care gestioneaza continutul fisierelor, clasa File permite manipularea fisierelor ca entitati, oferind o reprezentare abstracta a cailor de fisiere si directoare. Ea ofera operatii ca:

  • boolean createNewFile() – creaza un nou fisier, la calea data in constructor
  • boolean delete() – sterge fisierul
  • boolean exists() – verifica daca fisierul/directorul dat de cale exista
  • boolean isDirectory() – intoarce true atunci cand calea denota un director
  • boolean isFile() – intoarce true atunci cand calea denota un fisier
  • long length() – intoarce dimensiunea fisierului
  • String[] list() – intoarce intrarile din director

Spre exemplu, pentru a afisa continutul directorului curent vom proceda astfel:

import java.io.*;
 
public class DirList {
    public static void main(String[] args) {
        File path = new File("."); // current directory
        String[] list = path.list();
 
        for(int i = 0; i < list.length; i++)
            System.out.println(list[i]);
    }
}

Sursa tutorialului: http://cursuri.cs.pub.ro/~poo/wiki/index.php/Pagina_principal%C4%83

Related posts:

  1. Programare Orientata pe Obiecte – Java – 13
  2. Programare Orientata pe Obiecte – Java – 1
  3. Programare Orientata pe Obiecte – Java – 2
  4. Programare Orientata pe Obiecte – Java – 12
  5. Programare Orientata pe Obiecte – Java – 5
Tags: , , , , , , , , ,

V-a placut acest tutorial? Aveti anumite sugestii pentru urmatoarele tutoriale video? Lasati un comentariu! Feedback-ul vostru este foarte important pentru noi.

Pentru intrebari mai elaborate, cu caracter general, va rugam folositi forumul si in cel mai scurt timp veti primi un raspuns. Astfel ii vom ajuta si pe ceilalti sa invete din eventualele probleme.