Einführung zur Aufgabengruppe 2

Transkript

1 Einführung zur Aufgabengruppe 2 Alle Literaturhinweise beziehen sich auf die Vorlesung WS 10 Modellierung und Programmierung 1 1 Dateiverwaltung, das Stream-Konzept Datenströme (s. Kapitel Streams) Datenströme in Java, Paket java.io.* Standarddatenströme Klasse java.io.file Textdateien Ungepufferte Reader- und Writer Klassen Gepufferte Reader- und Writer Klassen Daten- und Objektdateien Elementardatenströme Referenzdatenströme Übersicht über häufig verwendete Datenströme Weitere wichtige Klassen Standardklassen Paket Tools Beispiel XOR Codierer Aufgabenstellung Zusatz: Benutzerschnittstelle zum XOR - Codierer /14

2 1 Dateiverwaltung, das Stream-Konzept 1.1 Datenströme (s. Kapitel Streams) Jedes informationsverarbeitende System arbeitet nach dem EVA-Prinzip: 1. E ingabe von Informationen 2. V erarbeitung von Informationen entsprechend vorgegebener Arbeitsanweisungen 3. A usgabe von Informationen externe Medien Stream Stream 2. Programm Ein Datenstrom (Stream) transportiert Daten zwischen den Ein-, Ausgabemedien und dem Programm. Er kann eine Dateneinheit (ungepuffert) oder mehrere Dateneinheiten (gepuffert) aufnehmen. S tr e a m D a te n q u e lle u n g e p u ffe r t D a te n z ie l S tr e a m D a te n q u e lle g e p u ffe r t D a te n z ie l Mehrere Datenströme können hintereinandergeschaltet werden (Pipe, Pipeline bzw. Filter- Stream). S tr e a m S tr e a m D a te n q u e lle u n g e p u ffe r t g e p u ffe r t D a te n z ie l 1-2/14

3 1.1.1 Datenströme in Java, Paket java.io.* Aus der Sicht der Programme wird unterschieden: Eingabedatenströme zum Einlesen von Daten Ausgabedatenströme zum Ausgeben von Daten Aus der Sicht der transportierten Dateneinheiten wird unterschieden: Byteströme (8-Bit-Dateneiheiten, Datentype ) Zeichenströme (16-Bit-Dateneinheiten, Datentype ) Daraus ergeben sich vier Funktionalitäten, die im Paket java.io.* durch vier Hierarchien von Klassen abgedeckt werden: InputStream ist die abstrakte Oberklasse für alle orientierten Klassen zum Einlesen von Daten. OutputStream ist die abstrakte Oberklasse für alle orientierten Klassen zum Schreiben von Daten. Reader ist die abstrakte Oberklasse für alle zeichenorientierten Klassen zum Einlesen von Daten. Writer ist die abstrakte Oberklasse für alle zeichenorientierten Klassen zum Schreiben von Daten. b y te o r ie n tie r te D a te n str ö m e z e ic h e n o r ie n tie r te D a te n str ö m e In p u ts tre a m / O u tp u ts tre a m R e a d e r / W rite r Standarddatenströme Die Standarddatenströme in, out und err selbst sind Klassenkonstanten der Klasse java.lang.system und Objekte der Klassen des Pakets java.io.*: System.in ist der Standardeingabedatenstrom, ein Objekt der orientierten Klasse InputStream und üblicherweise mit der Tastatur verbunden. public static final InputStream in System.out ist der Standardausgabedatenstrom, ein Objekt der orientierten Klasse PrintStream, die von OutputStream abgeleitet ist und üblicherweise mit der Konsole verbunden. public static final PrintStream out System.err ist der Standardfehlerausgabedatenstrom, ein Objekt der orientierten Klasse PrintStream, die von OutputStream abgeleitet ist, und üblicherweise auch mit der Konsole verbunden. public static final PrintStream err o u t T a sta tu r in R e c h n e r err K o n so le 1-3/14

4 1.2 Klasse java.io.file In Java repräsentiert die Klasse File Dateien und Verzeichnisse. In deren Objekten werden die Dateieigenschaften verwaltet, nicht ihr Inhalt. Konstruktor File( String), ordnet einer Datei mit dem angegebenen Namen ein Objekt der Klasse File zu. Das neu erzeugte Objekt stellt Methoden zur Verfügung, mit denen Informationen über Dateien oder Verzeichnisse abgefragt, wie deren Existenz, Zugriffsrechte, Pfad, Termin der letzten Änderung,... Dateien umbenannt oder gelöscht, Verzeichnisse angelegt, umbenannt oder gelöscht werden können. 1.3 Textdateien Überblick über zeichenorientierte Datenströme z e ic h e n o r ie n tie r te D a te n str ö m e R e a d e r / W r ite r S tr in g R e a d e r / S tr in g W r ite r I n p u ts tr e a m R e a d e r / O u tp u ts tr e a m W r ite r B u ffe r e d R e a d e r / B u ffe r e d W r ite r F ile R e a d e r / F ile W r ite r Ungepufferte Reader- und Writer Klassen Konstruktoren InputStreamReader( InputStream), erzeugt aus einem Byte-Eingabestrom einen Zeichen-Eingabestrom. OutputStreamWriter( OutputStream), erzeugt aus einem Zeichen-Ausgabestrom einen Byte-Ausgabestrom. FileReader( File), erzeugt aus einer Datei einen Zeichen-Eingabestrom. FileWriter( File), erzeugt einen Zeichen-Ausgabestrom in eine Datei, der Inhalt wird überschrieben. FileWriter( File, boolean), erzeugt einen Zeichen-Ausgabestrom in eine Datei, false der Inhalt wird überschrieben, 1-4/14

5 true alle Zeichen werden an den schon bestehenden Inhalt angehängt. StringReader( String), erzeugt aus einem String einen Zeichen-Eingabestrom. StringWriter(), erzeugt einen Zeichen-Ausgabestrom in einem dynamisch wachsenden Stringpuffer Gepufferte Reader- und Writer Klassen Konstruktoren BufferedReader( Reader), erzeugt einen gepufferten Zeichen-Eingabestrom. BufferedWriter( Writer), erzeugt einen gepufferten Zeichen-Ausgabestrom. Gepuffertes Einlesen aus einer Datei F ile R e a d e r B u ffe r e d R e a d e r D a te i u n g e p u ffe r t g e p u ffe r t R e c h n e r BufferedReader inbuffer = new BufferedReader( new FileReader( file)); Gepuffertes Schreiben auf Konsole B u ffe r e d W r ite r O u tp u ts tr e a m W r it er R e c h n e r g e p u ffe r t u n g e p u ffe r t K o n so le BufferedWriter outbuffer = new BufferedWriter( new OutputStreamWriter( System.out)); Beispiel TextDatei 1-5/14

6 1.4 Daten- und Objektdateien Überblick über orientierte Datenströme b y te o r ie n tie r te D a te n s tr ö m e I n p u ts tr e a m / O u tp u ts tr e a m F ile I n p u ts tr e a m / F ile O u tp u ts tr e a m O b je c ti n p u ts tr e a m / O b je c to u tp u ts tr e a m F ilte r I n p u ts tr e a m / F ilte r O u tp u ts tr e a m D a ta I n p u ts tr e a m / D a ta O u tp u ts tr e a m B u ffe r e d I n p u ts tr e a m / B u ffe r e d O u tp u ts tr e a m Monika Meiler Aufgabengruppe 2 Programmierpraktikum 1-6 /14

7 Die abstrakten Klassen InputStream und OutputStream legen Methoden für orientierte Eingaben aus Dateien und Ausgaben in Dateien für Elementar- und Referenzdatentypen fest. Auch für orientierte Datenströme gibt es mit den Klassen BufferedInputStream und BufferedOutputStream die Möglichkeit, mehrere Dateneinheiten zu puffern. Konstruktoren BufferedInputStream( InputStream), erzeugt einen gepufferten Byte-Eingabestrom. BufferedOutputStream( OutputStream), erzeugt einen gepufferten Byte-Ausgabestrom. Die Klassen FileInputStream und FileOutputStream stellen Methoden zur Verfügung, die einzelne Bytes in Dateien schreiben bzw. daraus lesen. Konstruktoren FileInputStream( File), erzeugt aus einer Datei einen Byte-Eingabestrom. FileOutputStream( File), erzeugt einen Byte-Ausgabestrom in eine Datei, der Inhalt wird überschrieben. FileOutputStream( File, boolean), erzeugt einen Byte-Ausgabestrom in eine Datei, false der Inhalt wird überschrieben, true alle Zeichen werden an den schon bestehenden Inhalt angehängt Elementardatenströme Die Klassen DataInputStream und DataOutputStream definieren Methoden zum Lesen bzw. Schreiben von Elementardatentypen. Konstruktoren DataInputStream( InputStream), erzeugt aus einem Byte-Eingabestrom einen Eingabestrom für Elementardatentypen. DataOutputStream( OutputStream), erzeugt aus einem Ausgabestrom für Elementardatentypen einen Byte-Ausgabestrom. Beispiel DoubleDatei Die Werte in der Datendatei sind entsprechend ihrer internen J? zág {?PbMÒñ ü 1-7/14

8 1.4.2 Referenzdatenströme Die Klassen ObjectInputStream und ObjectOutputStream definieren Methoden zum Lesen bzw. Schreiben von Elementar- und Referenzdatentypen. Konstruktoren ObjectInputStream( InputStream), erzeugt aus einem Byte-Eingabestrom einen Eingabestrom für Elementar- bzw. Referenzdatentypen. ObjectOutputStream( OutputStream), erzeugt aus einem Ausgabestrom für Elementar- bzw. Referenzdatentypen einen Byte- Ausgabestrom. Komplexe Daten müssen für den Transport in eine Datei serialisiert bzw. beim Transport aus einer Datei deserialisiert werden: Interface java.io.serializable. Beispiel ObjektDatei Anwendung zur Verwaltung von Obstarten Obst 1-8/14

9 1.5 Übersicht über häufig verwendete Datenströme Textdaten (gepuffert) Methoden read(); readline(); write(); newline(); Lesen von Tastatur BufferedReader inbuffer = new BufferedReader( new InputStreamReader( System.in)); InputStream InputStreamReader BufferedReader TASTATUR System.in Schreiben auf Konsole BufferedWriter outbuffer = new BufferedWriter( new OutputStreamWriter( System.out)); BufferedWriter OutputStreamWriter OutputStream KONSOLE System.out Lesen von Datei BufferedReader inbuffer = new BufferedReader( new FileReader( File datei)); FileReader BufferedReader File Schreiben auf Datei BufferedWriter outbuffer = new BufferedWriter( new FileWriter( File datei)); BufferedWriter FileWriter File Lesen von String BufferedReader inbuffer = new BufferedReader( new StringReader( String s)); StringReader BufferedReader String Schreiben auf StringBuffer BufferedWriter outbuffer = new BufferedWriter( new StringWriter()); 1-9/14

10 String StringReader BufferedReader Elementardatentypen (ungepuffert) Methoden readttt(); writettt(); ( Ttt : Elementardatentyp ttt ) Lesen von Datei DataInputStream indatei = new DataInputStream( new FileInputStream( File datei)); File FileInputStream DataInputStream Schreiben auf Datei DataOutputStream outdatei = new DataOutputStream(new FileOutputStream( File datei)); DataOutputStream FileOutputStream File Referenzdatentypen (ungepuffert) Methoden readobject(); writeobject(); readttt(); writettt(); ( Ttt : Elementatdatentyp ttt ) Lesen von Datei ObjectInputStream indatei = new ObjectInputStream( new FileInputStream( File datei)); File FileInputStream ObjektInputStrea m Schreiben auf Datei ObjectOutputStream outdatei = new ObjectOutputStream( new FileOutputStream( File datei)); ObjectOutputStream FileOutputStream File 1-10/14

11 1.6 Weitere wichtige Klassen Standardklassen java.io.printstream java.io.printwriter Klasse java.io.printstream, von der Klasse OutputStream abgeleitet Klasse java.io. PrintWriter, von der Klasse Writer abgeleitet Methoden print und println java.io.randomaccessfile Dateizugriffe zum gleichzeitigen Lesen und Schreiben für Elementardatentypen Methoden gleichnamig denen der Klassen DataInputStream und DataOutputStream java.io.streamtokenizer Zerlegung eines zeichenorientierten Datenstroms in einzelne Tokens, Leerzeichen dient als Trenner StreamTokenizer dienen der Analyse von Texten java.util.zipinputstream, java.util.zipoutputstream bzw. java.util.gzipinputstream, java.util.gzipoutputstream Verwalten von Daten im Zip- bzw. GZip-Format Paket Tools In diesem Tool wurden u.a. einige Tastatureingaben zusammengefasst (Paket Tools). Paket Tools Dokumentation des Pakets Tools Tools.zip ToolsDoc.zip Tools.IO.IOTools: Klasse für Tastatureingaberoutinen Methoden der Klasse IOTools: Lesen eines Zeichen: Lesen eines Wortes: Lesen einer Zeile: Lesen einer kurzen ganzen Zahl: readchar() readchar( String prompt) readstring() readstring( String prompt) readline() readline( String prompt) readshort() readshort( String prompt) 1-11/14

12 Lesen einer ganzen Zahl: Lesen einer langen ganzen Zahl: Lesen einer gebrochenen Zahl: Lesen einer gebrochenen Zahl doppelter Genauigkeit: Lesen eines Wahrheitswertes readinteger() readinteger( String prompt) readlong() readlong( String prompt) readfloat() readfloat( String prompt) readdouble() readdouble( String prompt) readboolean() readboolean( String prompt) 1-12/14

13 2 Beispiel XOR Codierer 2.1 Aufgabenstellung Eines der einfachsten Verfahren der Verschlüsselungstechnik ist die Verschlüsselung mit dem binären Operator XOR (exklusiv Oder). Hierbei erfolgt die Verschlüsselung weise. Jedes Byte wird mit e Schlüssel verknüpft. Der Schlüssel ist eine 8 Bit lange binäre Zahl, die dem Benutzer bekannt ist. Die Besonderheit dieser Verschlüsselung besteht darin, dass sowohl für die Verschlüsselung als auch für die Entschlüsselung ein und dieselbe Methode verwendet werden kann. Beispiel Encodieren mit Schlüssel 16 A ^ = Q u ^ = e t ^ = d o ^ = Decodieren mit Schlüssel 16 Q ^ = A e ^ = u d ^ = t ^ = o ASCII - American Standard Code for Information Interchange 1 dec hex dec hex dec hex dec hex NUL ` SOH ! A a STX " B b ETX # C c EOT $ D d ENQ % E e ACK & F f E SO 046 2E E N 110 6E n 015 0F SI 047 2F / 079 4F O 111 6F o DLE P p DC Q q DC R r DC S s DC$ T t NAK U u SYN V v E RS 062 3E > 094 5E ^ 126 7E ~ 031 1F US 063 3F? 095 5F _ 127 7F /14

14 Daten und Datenströme Die originalen und die verschlüsselten Daten werden in Dateien verwaltet, d.h. das Programm muss die Fähigkeit haben, Dateien zu lesen und zu schreiben. Da die Verschlüsselung mit XOR weise erfolgt, ist es sinnvoll, die Daten als Folgen von Bytes zu betrachten. Damit ist der ungepufferter weise Zugriff folgerichtig. Unter der Voraussetzung, dass die Dateinamen bekannt sind, kann das Lesen und Schreiben durch die nachstehenden Anweisungen geschehen: [] s = new [(int)(( new File( dateiname)).length())]; FileInputStream in = new FileInputStream( dateiname); in.read( s); in.close(); bzw. FileOutputStream out = new FileOutputStream( dateiname); if( s!= null) out.write( s); out.close(); Modellierung und Programmierung Klassendiagramm, Dokumentation, XOR.zip 2.2 Zusatz: Benutzerschnittstelle zum XOR - Codierer Modellierung und Programmierung mit MVC-Architektur Klassendiagramm, Dokumentation, XOR_MVC.zip 2-14/14