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DVG2 - 08 - Datenströme
Datenströme
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Filter und Pipes
In UNIX eingeführte Abstraktion beim Datenaustausch Programme arbeiten als Erzeuger und/oder als Verbraucher von
Datenströmen ==> Filter Die Erzeuger- und Verbraucherschnittstelle ist standardisiert. Ausgabestrom eines Programms kann als Eingabestrom eines
anderen Programms verwendet werden. ==> Pipe Standard:
Eingabestrom = TastaturAusgabestrom = Bildschirm
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Umleitung von Datenströmen
Umleitung von Datenströmen wird vom System unterstützt: ">" bzw. ">>" Umleitung des Ausgabedatenstroms
z.B.: programm > ausgabe.datleitet die Ausgabe des Programms in eine Datei um ">" erzeugt neue Datei, ">>" hängt an vorhandene Datei an
"<" Umleitung des Eingabedatenstromsz.B.: programm < eingabe.datprogramm liest die Eingaben von einer Datei statt von der Tastatur
"|" Verbindet die Ausgabe eines Programms mit der Eingabe eines anderen Programmsz.B.: programm1 | programm2der von programm1 erzeugte Ausgabestrom wird von programm2 als Eingabestrom benutzt
Kombinationen sind möglich:z.B.: p1 < i.dat | p2 | p3 > o.dat
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Filter
ProgrammFilter
Eingabestrom Ausgabestrom
System.in System.out
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Pipes
ProgrammFilter
Eingabestrom Ausgabestrom
ProgrammFilter
Eingabestrom Ausgabestrom
Pipe
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Schichtenmodell
Zwischen dem Programm und den konkreten Datenströmen existiert eine standardisierte Schnittstelle. Dadurch kann der größte Teil eines Programms unabhängig von dem konkreten Medium entwickelt werden auf dem die Daten strömen.
Ein- und Ausgabeströme beschreiben nur den einfachsten Transport von Bytes, d.h. es sind weder Datentypen noch Strukturen bekannt.
Der Transport komplexer Daten wird durch aufgesetzte Schichten beschrieben.
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Datenerzeuger Datenverbraucher
Schichtenmodell
Bytetransport
Datenstrom
gepufferter Transport
Bytetransport
gepufferter Transport
Datenstrom
RAM Pipe Pipe RAMFileNetz
Internet
File
Internet
Netz
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Realisierungen in JAVA
Eingabestrom: System.in Ausgabestrom: System.out Klasse für Eingabeströme: InputStream Klasse für Ausgabeströme: OutputStream Problem: Darstellung der Zeichen in JAVA als Unicode und im
Betriebssystem als ASCII Konvertierung erforderlich Klasse für Eingabeströme als Zeichen: Reader Klasse für Ausgabeströme als Zeichen: Writer Die Klassen InputStream, OutputStream, Reader und
Writer sind abstrakte Klassen. Es fehlt die Realisierung der Methoden read bzw. write. Diese Klassen realisieren die standardisierte Schnittstelle zwischen Programm und konkreten Datenströmen.
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Die Klassen InputStream und Reader
Die Klassen InputStream und Reader stellen Basismethoden zum Lesen von Eingabeströmen zur Verfügung oder definieren sie als abstrakte Methoden. Sie dienen als Basis zur Definition verschiedenster Zugriffsverfahren.
InputStream liest Bytes. Reader liest ASCI-Zeichen und wandelt sie in Unicode-Zeichen um. Beide Klassen definieren ähnliche Methoden wobei InputStream
mit byte-Größen arbeitet und Reader mit char-Größen.
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Methoden von InputStream und Reader
int available()gibt die Anzahl der Bytes bzw. Zeichen aus, die noch gelesen werden können
abstract void close()schließt den Eingabedatenstrom
void mark(int readlimit)markiert die gerade gelesene Position für reset(), nach lesen von readlimit Bytes bzw. Zeichen wird die gemerkte Position ungültig
boolean markSupported()testet ob die mark-reset-Funktion unterstützt wird
abstract int read()liest ein Byte bzw. Zeichen ein und gibt dieses als int aus, wenn das Ende des Datenstroms erreicht wird, wird -1 ausgegeben
int read (byte[] b)int read (char[] b)es werden maximal b.length Bytes bzw. Zeichen in das Feld b gelesen
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int read (byte[] b, int off, int len)abstract int read (char[] b, int off, int len)es werden maximal len Bytes bzw. Zeichen in das Feld b ab Position off gelesen
void reset()setzt den Eingabestrom auf die mit mark() gemerkte Position zurück
long skip(long n)überspringt im Eingabestrom n Bytes bzw. Zeichen und gibt die Anzahl der übersprungenen Zeichen zurück
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Die Klassen OutputStream und Writer
Die Klassen OututStream und Writer stellen Basismethoden zum Schreiben von Ausgabeströmen zur Verfügung oder definieren sie als abstrakte Methoden. Sie dienen als Basis zur Definition verschiedenster Zugriffsverfahren.
OutputStream schreibt Bytes. Writer wandelt Unicode-Zeichen um und schreibt sie als ASCI-
Zeichen. Beide Klassen definieren ähnliche Methoden wobei OutputStream
mit byte-Größen arbeitet und Writer mit char-Größen.
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Methoden von OutputStream und Writer
abstract void close()schließt den Ausgabedatenstrom
abstract void flush()bei gepufferter Ausgabe werden die Daten im Puffer geschrieben und der Puffer geleert
abstract void write(int b)schreibt ein Byte bzw. Zeichen
void write (byte[] b)void write (char[] b)es werden b.length Bytes bzw. Zeichen geschrieben
void write(byte[] b, int off, int len)abstract void write(char[] b, int off, int len)es werden len Bytes bzw. Zeichen in des Feldes b ab Position off geschrieben
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Methoden der Klasse Writer
void write (String str)es werden str.length() Zeichen geschrieben
void write(String str, int off, int len)es werden len Zeichen in der Zeichenkette str ab Position off geschrieben
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InputStream, Reader, OutputStream und Writer sind die allgemeinen Basisklassen aller Klassen für die Ein- und Ausgabe von Daten. Alle I/O-Klassen des Packeges java.io werden von diesen Klassen abgeleitet.
Objekte dieser Klassen können verwendet werden, wenn ein Programm möglichst unabhängig von der Quelle bzw. dem Ziel der Daten sein sollen.Z.B.:
InputStream in;
if ( Quelle == File) in = new FileInputStream("datei");
if ( Quelle == RAM ) in =new ByteArrayInputStream(buffer);
if ( Quelle == thread ) in = new PipedInputStream();
....
int z = in.read();
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OutputStream/Writer InputStream/Reader
Bytetransport
Datenstrom
gepufferter Transport
Bytetransport
gepufferter Transport
Datenstrom
RAM Pipe Pipe RAMFileNetz
Internet
File
Internet
Netz
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Verknüpfung von Datenströmen
Datenströme können mit verschiedenen Quellen und Senken verbunden werden:– Hauptspeicherbereiche– Dateien– Internetdateien– Pipes
Datenströme können verschieden interpretiert werden– Bytes– Zeichen– primitive Datentypen– Objekte– Tokens
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Datenströme können verschieden organisiert sein– gepuffert– ungepuffert
Es kann unterschiedliche Zugriffsarten für Datenströme geben– sequentiell– direkt
Alle diese Eigenschaften können kombiniert werden.
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FileInputStream und FileReader
Dienen dem Lesen von Dateien. Realisieren alle Methoden der Klasse InputStream bzw. Reader.
Konstruktoren von FileInputStream– FileInputStream(File file)– FileInputStream(FileDescriptor fdObj)FileDescriptor realisiert eine eindeutige Kennung für einen Datenstrom.
– FileInputStream(String name)name ist der Name der zu lesenden Datei
Konstruktoren von FileReader– FileReader(File file)– FileReader(FileDescriptor fdObj)– FileReader(String name)name ist der Name der zu lesenden Datei
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Beispiel: Lesen einer Datei
File inFile = new File(args[0]);Reader inReader = new FileReader(inFile);int z;while ( (z=inReader.read()) >=0 ) System.out.print((char)z);inReader.close();
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FileOutputStream und FileWriter
Dienen dem Schreiben von Dateien. Realisieren alle Methoden der Klasse OutputStream bzw. Writer.
Konstruktoren von FileOutputStream– FileOutputStream(File file)– FileOutputStream(FileDescriptor fdObj)– FileOutputStream(String name)name ist der Name der zu schreibenden Datei
– FileOutputStream(String name, boolean append)append == true : Daten werden an die Datei angehängt
Konstruktoren von FileWriter– FileWriter(File file)– FileWriter(FileDescriptor fdObj)– FileWriter(String name)name ist der Name der zu schreibenden Datei
– FileWriter(String name, boolean append)
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Beispiel: Kopieren einer Datei
File inFile = new File(args[0]);File outFile = new File(args[1]);InputStream inStream = new FileInputStream(inFile);OutputStream outStream = new FileOutputStream(outFile);while ( (z=inStream.read()) >=0 ){ outStream.write(z);}inStream.close();outStream.close();
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OutputStream/Writer InputStream/Reader
Bytetransport
Datenstrom
gepufferter Transport
Bytetransport
gepufferter Transport
Datenstrom
RAM Pipe Pipe RAMFOS/FWNetz
Internet
FIS/FR
Internet
Netz
FileOutputStreamFileWriter
FileInputStreamFileReader
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BufferedInputStream BufferedReader
Dienen dem gepufferten Lesen von Datenströmen. Realisieren alle Methoden der Klasse InputStream bzw. Reader.
Es wird mark-reset unterstützt. Konstruktoren von BufferedInputStream
– BufferedInputStream(InputStream in)– BufferedInputStream(InputStream in, int size)size ist die Größe des Puffers
Konstruktoren von BufferedReader– BufferedReader(Reader in)– BufferedReader(Reader in , int size)
Methode in BufferedReader– String readLine()
liest eine Zeile ein (bis '\n‘) und gibt diese als String zurück; gibt null zurück, wenn Strom zu Ende
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Beispiel: Lesen einer Datei
File inFile = new File(args[0]);BufferedReader inReader = new BufferedReader(new FileReader(inFile));String z;while ( (z=inReader.readLine()) != null ) System.out.println(z);inReader.close();
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BufferedOutputStream BufferedWriter
Dienen dem gepufferten Schreiben von Datenströmen. Realisieren alle Methoden der Klasse OutputStream bzw. Writer.
Konstruktoren von BufferedOutputStream– BufferedOutputStream(OutputStream out)– BufferedOutputStream(OutputStream out, int size)size ist die Größe des Puffers
Konstruktoren von BufferedWriter– BufferedWriter(Writer out)– BufferedWriter(Writer out, int size)
Methode in BufferedWriter– void newLine()
schreibt ein (ggf. systemabhängiges) Zeilenende-Zeichen
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Beispiel: Kopieren einer Datei
File inFile = new File(args[0]);File outFile = new File(args[1]);InputStream inStream = new BufferedInputStream( new FileInputStream(inFile));OutputStream outStream = new BufferedOutputStream( new FileOutputStream(outFile));while ( (z=inStream.read()) >=0 ){ outStream.write(z);}inStream.close();outStream.close();
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OutputStream/Writer InputStream/Reader
Bytetransport
Datenstrom
BufferedOutputStreamBufferedWriter
Bytetransport
BufferedInputStreamBufferedReader
Datenstrom
RAM Pipe Pipe RAMFOS/FWNetz
Internet
FIS/FR
Internet
Netz
FileOutputStreamFileWriter
FileInputStreamFileReader
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Die Klasse DataInputStream
Dient dem Lesen von Daten in interner Darstellung von Datenströmen. Es werden Methoden zum Lesen primitiver Datentypen realisiert.
Konstruktor– DataInputStream (InputStream in)
Methoden zum Lesen primitiver Datentypen– boolean readBoolean()– char readChar()– byte readByte()– short readShort()– int readInt()– long readLong()– float readFloat()– double readDouble()
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– int readUnsignedByte()– int readUnsignedShort()– String readLine()
liest Zeile im ASCII-Code– String readUTF()
liest Zeile im UTF-8-Code
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Beispiel: Lesen einer Matrix
File inFile = new File("Matrix.dat");DataInputStream inStream = new DataInputStream( new BufferedInputStream( new FileInputStream(inFile)));double [][] matrix;int zeilen = inStream.readInt();matrix = new double[zeilen][];int spalten;for (int i=0; i<matrix.length; i++){ spalten=inStream.readInt(); matrix [i] = new double[spalten]; for (int j=0;j<matrix[i].length;j++) matrix[i][j]=inStream.readDouble();}inStream.close();
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Die Klasse DataOutputStream
Dient dem Schreiben von Daten in interner Darstellung auf Datenströmen. Es werden Methoden zum Schreiben primitiver Datentypen realisiert.
Konstruktor– DataOutputStream (OutputStream out)
Methoden zum Schreiben primitiver Datentypen– void writeBoolean(boolean v)– void writeChar(char v)– void writeByte(byte v)– void writeShort(short v)– void writeInt(int v)– void writeLong(long v)– void writeFloat(float v)– void writeDouble(double v)
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– void writeBytes(String s)schreibt die Zeichen im ASCII-Code
– void writeChars(String s)schreibt die Zeichen im Unicode
– void writeUTF(String s)– schreibt die Zeichen im UTF-8-Format
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Beispiel: Schreiben einer Matrix
File outFile = new File("Matrix.dat");DataOutputStream outStream = new DataOutputStream( new BufferedOutputStream( new FileOutputStream(outFile)));double [][] matrix = ...;outStream.writeInt(matrix.length);for (int i=0; i<matrix.length; i++){ outStream.writeInt(matrix[i].length); for (int j=0;j<matrix[i].length;j++) outStream.writeDouble(matrix[i][j]);}outStream.close();
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OutputStream/Writer InputStream/Reader
Bytetransport
DataOutputStream
BuferedOutputStreamBufferedWriter
Bytetransport
BuferedInputStreamBufferedReader
DataInputStream
RAM Pipe Pipe RAMFOS/FWNetz
Internet
FIS/FR
Internet
Netz
FileOutputStreamFileWriter
FileInputStreamFileReader
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Die Klasse ObjectInputStream
Dient dem Lesen von Objekten in interner Darstellung von Datenströmen.
Objekte, die mit einem ObjectInputStream gelesen werden sollen, müssen das Interface Serializable implementieren.
Konstruktor– ObjectInputStream (InputStream in)
Methoden– realisiert alle Lese-Methoden aus DataInputStream– Object readObject()
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Beispiel: Lesen einer Matrix
File inFile = new File("Matrix.dat");ObjectInputStream inStream = new ObjectInputStream( new BufferedInputStream( new FileInputStream(inFile)));double [][] matrix;matrix = (double[][])inStream.readObject();inStream.close();
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Die Klasse ObjectOutputStream
Dient dem Schreiben von Objekten in interner Darstellung auf Datenströme.
Objekte, die mit einem ObjectOutputStream geschrieben werden sollen, müssen das Interface Serializable implementieren.
Es werden alle enthaltenen Unterobjekte gespeichert. Konstruktor
– ObjectOutputStream (OutputStream out) Methoden
– realisiert alle Schreib-Methoden aus DataOutputStream– void writeObject (Object obj)
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Beispiel: Schreiben einer Matrix
File outFile = new File("Matrix.dat");ObjectOutputStream outStream = new ObjectOutputStream( new BufferedOutputStream( new FileOutputStream(outFile)));double [][] matrix = ...;outStream.writeObject(matrix);outStream.close();
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OutputStream/Writer InputStream/Reader
Bytetransport
DataOutputStreamObjectOutputStream
BuferedOutputStreamBufferedWriter
Bytetransport
BuferedInputStreamBufferedReader
DataInputStreamObjectInputStream
RAM Pipe Pipe RAMFOS/FWNetz
Internet
FIS/FR
Internet
Netz
FileOutputStreamFileWriter
FileInputStreamFileReader
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Lesen von URLs
URL addr = new URL(
"http://www.wias-berlin.de/"+
"~telschow/dvg2/programme/File/dirf.java");
BufferedInputStream inStream =
new BufferedInputStream(addr.openStream());
int z;
while ( (z=inStream.read()) >=0 )
System.out.print((char)z);
inStream.close();
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Weitere IO-Klassen
InputStreamReader macht aus einem Bytestrom einen Zeichenstrom
OutputStreamWriter macht aus einem Zeichenstrom einen Bytestrom
ByteArrayInputStream bzw. ByteArrayOutputStream lesen bzw. schreiben auf Hauptspeicherbereiche, die sich in ByteArrays befinden.
CharArrayReader bzw. CharArrayWriter lesen bzw. schreiben auf Hauptspeicherbereiche, die sich in CharArrays befinden.
StringReader bzw. StringWriter lesen bzw. schreiben auf Hauptspeicherbereiche, die sich in Strings befinden.
SequenceInputStream verknüpft mehrere Eingabeströme zu einem Strom.
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PipedInputStream, PipedOutputStream, PipedReader, PipedWriter lesen bzw. schreiben auf Pipes.
PushbackInputStream, PushbackReader lesen von Strömen und ermöglichen die schon gelesenen Daten in den Eingabestrom zurückzustellen.
StreamTokenizer liest den Eingabestrom und zerlegt ihn in Tokens.
LineNumberReader liest Zeilen und zählt diese mit. RandomAccessFile erlaubt, auf eine Datei sowohl zu schreiben
als auch von dieser zu lesen und in ihr beliebig zu positionieren.
