DVG2 - 06 - Datenströme1 Datenströme. DVG2 - 06 - Datenströme2 Filter und Pipes In UNIX...

DVG2 - 06 - Datenströme 1

Datenströme


Filter und PipesIn 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


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


Filter

ProgrammFilter

Eingabestrom Ausgabestrom

System.in System.out


Pipes

ProgrammFilter


ProgrammFilter


Pipe


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.


Datenerzeuger Datenverbraucher

Schichtenmodell

Bytetransport

Datenstrom

gepufferter Transport

Bytetransport


Datenstrom

RAM Pipe Pipe RAMFileNetz

Internet

File

Internet

Netz


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.


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.


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


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


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.


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


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


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();


OutputStream/Writer InputStream/Reader

Bytetransport

Datenstrom


Bytetransport


Datenstrom

RAM Pipe Pipe RAMFileNetz

Internet

File

Internet

Netz


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


Datenströme können verschieden organisiert sein gepuffert ungepuffert

Es kann unterschiedliche Zugriffsarten für Datenströme geben sequentiell direkt

Alle diese Eigenschaften können kombiniert werden.


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


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();


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)


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();



Bytetransport

Datenstrom


Bytetransport


Datenstrom

RAM Pipe Pipe RAMFOS/FWNetz

Internet

FIS/FR

Internet

Netz

FileOutputStreamFileWriter

FileInputStreamFileReader


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


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();


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


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();



Bytetransport

Datenstrom

BufferedOutputStreamBufferedWriter

Bytetransport

BufferedInputStreamBufferedReader

Datenstrom


Internet

FIS/FR

Internet

Netz




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()


int readUnsignedByte() int readUnsignedShort() String readLine()

liest Zeile im ASCII-Code String readUTF()

liest Zeile im UTF-8-Code


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();


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)


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


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();



Bytetransport

DataOutputStream

BuferedOutputStreamBufferedWriter

Bytetransport

BuferedInputStreamBufferedReader

DataInputStream


Internet

FIS/FR

Internet

Netz




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()


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();


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)


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();



Bytetransport

DataOutputStreamObjectOutputStream

BuferedOutputStreamBufferedWriter

Bytetransport

BuferedInputStreamBufferedReader

DataInputStreamObjectInputStream


Internet

FIS/FR

Internet

Netz




Lesen von URLsURL 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();


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.


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.

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