【第二期】一次学透java.io

java.io是新手学习Java的第一个难点。因为这个package中的东西比较多，也比较复杂，另外加上一些接口太过于面向对象了，更加增大了学习的难度。这一期，我针对这个问题专门探讨一下，通过三篇文章，大家就可以完全地掌握java.io这个包了。

理解流

要掌握java.io，必须要掌握的一个概念就是输入输出流。 数据流是一串连续不断的数据的集合，就象水管里的水流，在水管的一端一点一点地供水，而在水管的另一端看到的是一股连续不断的水流。数据写入程序可以是一段、一段地向数据流管道中写入数据，这些数据段会按先后顺序形成一个长的数据流。对数据读取程序来说，看不到数据流在写入时的分段情况，每次可以读取其中的任意长度的数据，但只能先读取前面的数据后，再读取后面的数据。不管写入时是将数据分多次写入，还是作为一个整体一次写入，读取时的效果都是完全一样的。 为什么要有这种抽象呢？我们知道，数据的来源是多种多样的，可能来自文件，也可能来自网络，或者内存，数据可能是有结构的（比如xml），也可能是无结构的，比如简单的文本。所以，如何在语言的层面进行统一的抽象就显得至关重要了。Java中使用了输入输出流这个概念来对所有的数据进行抽象。 根据数据流向的不同，又分为输入流和输出流。输入流是指数据从外部流入当前Java程序，而输出流是指数据从当前的Java程序流出到外部。 在Java中，代表输入流的interface是InputStream，代表输出流的interface是OutputStream。

标准输入输出

命令行参数

从键盘上读入数据，最简捷的方式就是通过命令行参数。可能很多同学在第一次写Java程序的时候，对main方法的参数就会有疑问，不知道它是干啥的。其实这个参数主要就是为了处理命令行参数的，例如：

public class TestIO {
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < args.length; i++) {
            System.out.println(args[i]);
        }
    }
}

我们可以通过

java TestIO apple banana pear

来观察一下参数是如何输入到Java程序中的。

标准输入输出错误

大家知道，在控制台程序中，有三个可以进行输入输出的通道，我们通常称之为标准输入，标准输出和标准错误。在C语言中，我们会以stdin, stdout, stderr来代指。在Java中，也有这样的东西，分别是：

java.lang.System   
public final class System  extends Object{   
   static  PrintStream  err;//标准错误流（输出）  
   static  InputStream  in;//标准输入(键盘输入流)  
   static  PrintStream  out;//标准输出流(显示器输出流)  
}  

通过查看JDK源代码，可以看到，System.java 里，out是这么定义的：

public final static PrintStream out = null;

可见，out 是一个 static 变量，所以我们才可以使用类名直接引用它。

在Java语言中，所有的输入都被抽象成了输入流(InputStream)，所有的输出都被抽象成了输出流(OutputStream)。以OutputStream为例，它的几个子类，PrintStream可以向控制台上输出字节，FileOutputStream可以向文件中写入字节，SocketOutputStream可以向网络连接上写入字节，等等，它们都是OutputStream的子类。

与之相对应的InputStream也有各种子类分别负责不同的功能。只是Output负责向外写，而Input负责向程序里读。

把字节的输入输出抽象成一个连续的流，确实形象了很多。有了IO，我们的程序终于可以与外界进行交互了。例如：

        byte[] buf = new byte[512];
        System.out.println("hey, may I have your name, please? ");
        int n = 0;
        try {
            n = System.in.read(buf);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.print("hello, ");
        System.out.write(buf, 0, n);

前三个字节是一组，通过UTF-8（我们会在后续的课程中陆续介绍编码的知识）的解码，可以得到前三个字节代表的十进制数是28023，这刚好就是中文字符“海”字的 unicode 码。可见，直接的字节操作对非ascii的字符会比较麻烦。例如，程序读入一个名字，想判断这个名字的姓氏是否为李，如果是字节的操作，我们就得先把读到的这些字节，解码到 unicode，或者反过来，把“李”编码为UTF-8再进行比较。这显然太麻烦了，编解码这么机械的工作，干嘛不让机器替我们做呢？

基于这个想法，Java引入了一个可以把字节流转成字符流的适配器——InputStreamReader。请继续观看下一篇文章，适配器模式。

Scanner

文章的最后，我还想额外提一下Scanner类。这是一个用于输入的辅助类，是从Java1.5开始引入的。在那之前，如果我想从标准输入里读两个数，并把它们的和打出来。用Java就得这么写：

public class TestIO {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        String s = br.readLine();
        String[] ss = s.split(" ");
        int a = Integer.parseInt(ss[0]);
        int b = Integer.parseInt(ss[1]);
        System.out.print(a + b);
    }
}

输入

1 2

输入

3

相比起来，C语言的写法就比较简捷：

int main() {
  int a, b;
  scanf("%d %d", &a, &b);
  printf("%d\n", a + b);
}

Java为了解决这种数字的输入，就引入了一个叫做Scanner的类，但这个类被视为一个工具类，因为它不是一种流式处理，所以在JDK中，它被放到了java.util包下了。使用Scanner，代码可以化简如下：

public class TestIO {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Scanner cin = new Scanner(System.in);
        int a = cin.nextInt();
        int b = cin.nextInt();
        System.out.println(a + b);
    }
}