第7章 IO流 - IO流之字符流

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2023-12-01

InputStream类和OutputStream类在读写文件时操作的都是字节，如果希望在程序中操作字符，使用这两个类就不太方便，为此JDK提供了字符流。同字节流一样，字符流也有两个抽象的顶级父类，分别是Reader和Writer。其中Reader是字符输入流，用于从某个源设备读取字符，Writer是字符输出流，用于向某个目标设备写入字符。Reader和Writer作为字符流的顶级父类，也有许多子类，接下来通过继承关系图来列出Reader和Writer的一些常用子类，如图所示。

字符流

1.1 转换流出现的原因及思想

由于字节流操作中文不是特别方便，所以，java就提供了转换流。字符流=字节流+编码表。

编码表：由字符及其对应的数值组成的一张表

常见编码表

计算机只能识别二进制数据，早期由来是电信号。为了方便应用计算机，让它可以识别各个国家的文字。就将各个国家的文字用数字来表示，并一一对应，形成一张表。

字符串中的编码问题

编码：把看得懂的变成看不懂的
解码：把看不懂的变成看得懂

package cn.itcast_01;
import java.io.UnsupportedEncodingException;
import java.util.Arrays;
/*
 * String(byte[] bytes, String charsetName):通过指定的字符集解码字节数组
 * byte[] getBytes(String charsetName):使用指定的字符集合把字符串编码为字节数组
 * 
 * 编码:把看得懂的变成看不懂的
 * String -- byte[]
 * 
 * 解码:把看不懂的变成看得懂的
 * byte[] -- String
 * 
 * 举例：谍战片(发电报，接电报)
 * 
 * 码表：小本子
 *         字符    数值
 * 
 * 要发送一段文字：
 *         今天晚上在老地方见
 * 
 *         发送端：今 -- 数值 -- 二进制 -- 发出去
 *         接收端：接收 -- 二进制 -- 十进制 -- 数值 -- 字符 -- 今
 * 
 *         今天晚上在老地方见
 * 
 * 编码问题简单，只要编码解码的格式是一致的。
 */
public class StringDemo {
    public static void main(String[] args) throws UnsupportedEncodingException {
        String s = "你好";
        // String -- byte[]
        byte[] bys = s.getBytes(); // [-60, -29, -70, -61]
        // byte[] bys = s.getBytes("GBK");// [-60, -29, -70, -61]
        // byte[] bys = s.getBytes("UTF-8");// [-28, -67, -96, -27, -91, -67]
        System.out.println(Arrays.toString(bys));
        // byte[] -- String
        String ss = new String(bys); // 你好
        // String ss = new String(bys, "GBK"); // 你好
        // String ss = new String(bys, "UTF-8"); // ???
        System.out.println(ss);
    }
}

1.2 转换流概述

IO流可分为字节流和字符流，有时字节流和字符流之间也需要进行转换。在JDK中提供了两个类可以将字节流转换为字符流，它们分别是InputStreamReader和OutputStreamWriter。

OutputStreamWriter是Writer的子类，它可以将一个字节输出流转换成字符输出流，方便直接写入字符，而InputStreamReader是Reader的子类，它可以将一个字节输入流转换成字符输入流，方便直接读取字符。通过转换流进行数据读写的过程如图所示。

字符流

OutputStreamWriter 字符输出流

InputStreamReader 字符输入流

OutputStreamWriter写数据

方法	功能描述
write(int c)	写入一个字符
write(char[] cbuf)	写入一个字符数组
write(char[] cbuf,int off,int len)	写入一个字符数组的一部分
write(String str)	写入一个字符串
write(String str,int off,int len)	写入一个字符串的一部分

字符流操作要注意的问题：

字符流数据没有直接进文件而是到缓冲区，所以要刷新缓冲区。

flush()和close()的区别：

A：close()关闭流对象，但是先刷新一次缓冲区。关闭之后，流对象不可以继续再使用了。
B：flush()仅仅刷新缓冲区,刷新之后，流对象还可以继续使用。

package cn.itcast_03;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.OutputStreamWriter;
/*
 * OutputStreamWriter的方法：
 * public void write(int c):写一个字符
 * public void write(char[] cbuf):写一个字符数组
 * public void write(char[] cbuf,int off,int len):写一个字符数组的一部分
 * public void write(String str):写一个字符串
 * public void write(String str,int off,int len):写一个字符串的一部分
 */
public class OutputStreamWriterDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 创建对象
        OutputStreamWriter osw = new OutputStreamWriter(new FileOutputStream(
                "osw2.txt"));
        // 写数据
        // public void write(int c):写一个字符
        // osw.write('a');
        // osw.write(97);
        // 为什么数据没有进去呢?
        // 原因是：字符 = 2字节
        // 文件中数据存储的基本单位是字节。
        // void flush()
        // public void write(char[] cbuf):写一个字符数组
        // char[] chs = {'a','b','c','d','e'};
        // osw.write(chs);
        // public void write(char[] cbuf,int off,int len):写一个字符数组的一部分
        // osw.write(chs,1,3);
        // public void write(String str):写一个字符串
        // osw.write("我爱林青霞");
        // public void write(String str,int off,int len):写一个字符串的一部分
        osw.write("我爱林青霞", 2, 3);
        // 刷新缓冲区
        osw.flush();
        // osw.write("我爱林青霞", 2, 3);
        // 释放资源
        osw.close();
        // java.io.IOException: Stream closed
        // osw.write("我爱林青霞", 2, 3);
    }
}

1.3 InputStreamReader读数据

public int read()：一次读一个字符
public int read(char[] cbuf)：一次读一个字符数组

package cn.itcast_03;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
/*
 * InputStreamReader的方法：
 * int read():一次读取一个字符
 * int read(char[] chs):一次读取一个字符数组
 */
public class InputStreamReaderDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 创建对象
        InputStreamReader isr = new InputStreamReader(new FileInputStream(
                "StringDemo.java"));
        // 一次读取一个字符
        // int ch = 0;
        // while ((ch = isr.read()) != -1) {
        // System.out.print((char) ch);
        // }
        // 一次读取一个字符数组
        char[] chs = new char[1024];
        int len = 0;
        while ((len = isr.read(chs)) != -1) {
            System.out.print(new String(chs, 0, len));
        }
        // 释放资源
        isr.close();
    }
}

1.4 字符流复制文本文件

package cn.itcast_04;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStreamWriter;
/*
 * 需求：把当前项目目录下的a.txt内容复制到当前项目目录下的b.txt中
 * 
 * 数据源：
 *         a.txt -- 读取数据 -- 字符转换流 -- InputStreamReader
 * 目的地：
 *         b.txt -- 写出数据 -- 字符转换流 -- OutputStreamWriter
 */
public class CopyFileDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 封装数据源
        InputStreamReader isr = new InputStreamReader(new FileInputStream(
                "a.txt"));
        // 封装目的地
        OutputStreamWriter osw = new OutputStreamWriter(new FileOutputStream(
                "b.txt"));
        // 读写数据
        // 方式1
        // int ch = 0;
        // while ((ch = isr.read()) != -1) {
        // osw.write(ch);
        // }
        // 方式2
        char[] chs = new char[1024];
        int len = 0;
        while ((len = isr.read(chs)) != -1) {
            osw.write(chs, 0, len);
            // osw.flush();
        }
        // 释放资源
        osw.close();
        isr.close();
    }
}

1.5 转换流的简化写法

转换流的名字比较长，而我们常见的操作都是按照本地默认编码实现的，所以，为了简化我们的书写，转换流提供了对应的子类。

FileWriter

代码示例：把当前项目目录下的a.txt内容复制到当前项目目录下的b.txt中

package cn.itcast_04;
import java.io.FileReader;
import java.io.FileWriter;
import java.io.IOException;
/*
 * 由于我们常见的操作都是使用本地默认编码，所以，不用指定编码。
 * 而转换流的名称有点长，所以，Java就提供了其子类供我们使用。
 * OutputStreamWriter = FileOutputStream + 编码表(GBK)
 * FileWriter = FileOutputStream + 编码表(GBK)
 * 
 * InputStreamReader = FileInputStream + 编码表(GBK)
 * FileReader = FileInputStream + 编码表(GBK)
 * 
 /*
 * 需求：把当前项目目录下的a.txt内容复制到当前项目目录下的b.txt中
 * 
 * 数据源：
 *         a.txt -- 读取数据 -- 字符转换流 -- InputStreamReader -- FileReader
 * 目的地：
 *         b.txt -- 写出数据 -- 字符转换流 -- OutputStreamWriter -- FileWriter
 */
public class CopyFileDemo2 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 封装数据源
        FileReader fr = new FileReader("a.txt");
        // 封装目的地
        FileWriter fw = new FileWriter("b.txt");
        // 一次一个字符
        // int ch = 0;
        // while ((ch = fr.read()) != -1) {
        // fw.write(ch);
        // }
        // 一次一个字符数组
        char[] chs = new char[1024];
        int len = 0;
        while ((len = fr.read(chs)) != -1) {
            fw.write(chs, 0, len);
            fw.flush();
        }
        // 释放资源
        fw.close();
        fr.close();
    }
}

1.6 FileReader

代码示例：把c:a.txt内容复制到d:b.txt中

package cn.itcast_04;
import java.io.FileReader;
import java.io.FileWriter;
import java.io.IOException;
/*
 * 需求：把c:\a.txt内容复制到d:\b.txt中
 * 
 * 数据源：
 *         c:\a.txt -- FileReader
 * 目的地:
 *         d:\b.txt -- FileWriter
 */
public class CopyFileDemo3 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 封装数据源
        FileReader fr = new FileReader("c:\a.txt");
        // 封装目的地
        FileWriter fw = new FileWriter("d:\b.txt");
        // 读写数据
        // int ch = 0;
        int ch;
        while ((ch = fr.read()) != -1) {
            fw.write(ch);
        }
        //释放资源
        fw.close();
        fr.close();
    }
}

2. 字符缓冲流

字符流为了高效读写，也提供了对应的字符缓冲流。BufferedWriter：字符缓冲输出流，BufferedReader：字符缓冲输入流。

2.1 BufferedWriter基本用法

将文本写入字符输出流，缓冲各个字符，从而提供单个字符、数组和字符串的高效写入。可以指定缓冲区的大小，或者接受默认的大小。在大多数情况下，默认值就足够大了。

代码示例：BufferedWriter基本用法

package cn.itcast_05;
import java.io.BufferedWriter;
import java.io.FileWriter;
import java.io.IOException;
/**
 * 字符流为了高效读写，也提供了对应的字符缓冲流。
 * BufferedWriter:字符缓冲输出流
 * BufferedReader:字符缓冲输入流
 * 
 * BufferedWriter:字符缓冲输出流
 * 将文本写入字符输出流，缓冲各个字符，从而提供单个字符、数组和字符串的高效写入。 
 * 可以指定缓冲区的大小，或者接受默认的大小。在大多数情况下，默认值就足够大了。 
 */
public class BufferedWriterDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // BufferedWriter(Writer out)
        // BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(
        // new FileOutputStream("bw.txt")));
        BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new FileWriter("bw.txt"));
        bw.write("hello");
        bw.write("world");
        bw.write("java");
        bw.flush();
        bw.close();
    }
}

2.2 BufferedReader基本用法

从字符输入流中读取文本，缓冲各个字符，从而实现字符、数组和行的高效读取。可以指定缓冲区的大小，或者可使用默认的大小。大多数情况下，默认值就足够大了。

代码示例： BufferedReader基本用法

package cn.itcast_05;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;
/**
 * BufferedReader
 * 从字符输入流中读取文本，缓冲各个字符，从而实现字符、数组和行的高效读取。 
 * 可以指定缓冲区的大小，或者可使用默认的大小。大多数情况下，默认值就足够大了。 
 * 
 * BufferedReader(Reader in)
 */
public class BufferedReaderDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 创建字符缓冲输入流对象
        BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("bw.txt"));
        // 方式1
        // int ch = 0;
        // while ((ch = br.read()) != -1) {
        // System.out.print((char) ch);
        // }
        // 方式2
        char[] chs = new char[1024];
        int len = 0;
        while ((len = br.read(chs)) != -1) {
            System.out.print(new String(chs, 0, len));
        }
        // 释放资源
        br.close();
    }
}

2.3 特殊功能

BufferedWriter，newLine()：根据系统来决定换行符
BufferedReader，String readLine()：一次读取一行数据

代码示例：字符缓冲流的特殊方法

package cn.itcast_05;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.BufferedWriter;
import java.io.FileReader;
import java.io.FileWriter;
import java.io.IOException;
/*
 * 字符缓冲流的特殊方法：
 * BufferedWriter:
 *         public void newLine():根据系统来决定换行符
 * BufferedReader:
 *         public String readLine()：一次读取一行数据
 *         包含该行内容的字符串，不包含任何行终止符，如果已到达流末尾，则返回 null
 */
public class BufferedDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // write();
        read();
    }
    private static void read() throws IOException {
        // 创建字符缓冲输入流对象
        BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("bw2.txt"));
        // public String readLine()：一次读取一行数据
        // String line = br.readLine();
        // System.out.println(line);
        // line = br.readLine();
        // System.out.println(line);
        // 最终版代码
        String line = null;
        while ((line = br.readLine()) != null) {
            System.out.println(line);
        }
        //释放资源
        br.close();
    }
    private static void write() throws IOException {
        // 创建字符缓冲输出流对象
        BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new FileWriter("bw2.txt"));
        for (int x = 0; x < 10; x++) {
            bw.write("hello" + x);
            // bw.write("rn");
            bw.newLine();
            bw.flush();
        }
        bw.close();
    }
}

代码示例：字符缓冲流复制文本文件

package cn.itcast_06;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.BufferedWriter;
import java.io.FileReader;
import java.io.FileWriter;
import java.io.IOException;
/*
 * 需求：把当前项目目录下的a.txt内容复制到当前项目目录下的b.txt中
 * 
 * 数据源：
 *         a.txt -- 读取数据 -- 字符转换流 -- InputStreamReader -- FileReader -- BufferedReader
 * 目的地：
 *         b.txt -- 写出数据 -- 字符转换流 -- OutputStreamWriter -- FileWriter -- BufferedWriter
 */
public class CopyFileDemo2 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 封装数据源
        BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("a.txt"));
        // 封装目的地
        BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new FileWriter("b.txt"));
        // 读写数据
        String line = null;
        while ((line = br.readLine()) != null) {
            bw.write(line);
            bw.newLine();
            bw.flush();
        }
        // 释放资源
        bw.close();
        br.close();
    }
}

3. 模拟记事本

package cn.itcast.chapter07.task02;
import java.io.FileReader;
import java.io.FileWriter;
import java.io.IOException;
import java.util.Scanner;
/**
 * 模拟记事本程序
 */
public class Notepad {
    private static String filePath;
    private static String message = "";
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        System.out.println("--1:新建文件 2:打开文件  3:修改文件  4:保存 5:退出--");
        while (true) {
            System.out.print("请输入操作指令：");
            int command = sc.nextInt();
            switch (command) {
            case 1:
                createFile();// 1:新建文件
                break;
            case 2:
                openFile();// 2:打开文件
                break;
            case 3:
                editFile();// 3:修改文件
                break;
            case 4:
                saveFile();// 4:保存
                break;
            case 5:
                exit();// 5:退出
                break;
            default:
                System.out.println("您输入的指令错误！");
                break;
            }
        }
    }
    /**
     * 新建文件 从控制台获取内容
     */
    private static void createFile() {
        message = "";// 新建文件时，暂存文件内容清空
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        System.out.println("请输入内容，停止编写请输入"stop":");// 提示
        StringBuffer stb = new StringBuffer();// 用于后期输入内容的拼接
        String inputMessage = "";
        while (!inputMessage.equals("stop")) {// 当输入“stop”时，停止输入
            if (stb.length() > 0) {
                stb.append("rn");// 追加换行符
            }
            stb.append(inputMessage);// 拼接输入信息
            inputMessage = sc.nextLine();// 获取输入信息
        }
        message = stb.toString();// 将输入内容暂存
    }
    /**
     * 打开文件
     */
    private static void openFile() throws Exception {
        message = "";// 打开文件时，将暂存内容清空
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        System.out.print("请输入打开文件的位置：");
        filePath = sc.next();// 获取打开文件的路径
        // 控制只能输入txt格式的文件路径
        if (filePath != null && !filePath.endsWith(".txt")) {
            System.out.print("请选择文本文件！");
            return;
        }
        FileReader in = new FileReader(filePath);// 实例化一个FileReader对象
        char[] charArray = new char[1024];// 缓冲数组
        int len = 0;
        StringBuffer sb = new StringBuffer();
        // 循环读取，一次读取一个字符数组
        while ((len = in.read(charArray)) != -1) {
            sb.append(charArray);
        }
        message = sb.toString();// 将打开文件内容暂存
        System.out.println("打开文件内容：" + "rn" + message);
        in.close();// 释放资源
    }
    /**
     * 修改文件内容 通过字符串替换的形式
     */
    private static void editFile() {
        if (message == "" && filePath == null) {
            System.out.println("请先新建文件或者打开文件");
            return;
        }
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        System.out.println("请输入要修改的内容（以 "修改的目标文字:修改之后的文字" 格式）,"
                + "停止修改请输入"stop":");
        String inputMessage = "";
        while (!inputMessage.equals("stop")) {// 当输入stop时,停止修改
            inputMessage = sc.nextLine();
            if (inputMessage != null && inputMessage.length() > 0) {
                // 将输入的文字根据“：”拆分成数组
                String[] editMessage = inputMessage.split(":");
                if (editMessage != null && editMessage.length > 1) {
                    // 根据输入的信息将文件中内容替换
                    message = message.replace(editMessage[0], editMessage[1]);
                }
            }
        }
        System.out.println("修改后的内容:" + "rn" + message);
    }
    /**
     * 保存 新建文件存在用户输入的路径 打开的文件将原文件覆盖
     */
    private static void saveFile() throws IOException {
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        FileWriter out = null;
        if (filePath != null) {// 文件是由“打开”载入的
            out = new FileWriter(filePath);// 将原文件覆盖
        } else {// 新建的文件
            System.out.print("请输入文件保存的绝对路径：");
            String path = sc.next();// 获取文件保存的路径
            filePath = path;
            // 将输入路径中大写字母替换成小写字母后判断是不是文本格式
            if (!filePath.toLowerCase().endsWith(".txt")) {
                filePath += ".txt";
            }
            out = new FileWriter(filePath);// 构造输出流
        }
        out.write(message);// 写入暂存的内容
        out.close();// 关闭输出流
        message = "";// 修改文件前现将写入内容置空
        filePath = null;// 将文件路径至null
    }
    /**
     * 退出
     */
    private static void exit() {
        System.out.println("您已退出系统，谢谢使用！");
        System.exit(0);
    }
}