Programmieren 2 09 File-IO

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1 Programmieren 2 09 File-IO Bachelor Medieninformatik Sommersemester 2016 Dipl.-Inform. Ilse Schmiedecke schmiedecke@beuth-hochschule.de 1

2 Eingabe und Ausgabe in Java Daten im Programm während der Ausführungszeit: Objekte Ein- und Ausgabe über die Konsole (Tastatur und Bildschirm) System.in und System.out Ein- und Ausgabe über Grafische Benutzeroberflächen (+ Maus) alles flüchtig, nach Programmende verloren 2 2

3 Ein- und Ausgabe persistenter Daten Über das Betriebssystem lässt sich jedes Programm dazu bringen, statt der Konsole Dateien zu benutzen: Umleitung des Eingabe- und Ausgabestroms in der Kommandozeile sehr einfach: echo eingabetext zum testen > input.txt java console.standardio < input.txt > output.txt Sehr nützlich zum Testen! Muss aber bei jeden Aufruf konfiguriert werden

4 Datei-IO aus dem Programm heraus Daten erreichen und verlassen ein Programm serialisiert Datenströme Datenquellen und Datensenken (oder ziele) Eingabe- und Ausgabeströme Ströme können durch Filter modifiziert werden Filter Eingabe strom Filter Ausgabe strom Datenquelle Datensenke 4 4

5 Datenstrom-Klassen in Java Im Paket java.io und java.nio InputStream und OutputStreamsind abstrakte Klassen zum Lesen/Schreiben von Bytes (ASCII-Zeichen) Konkretisierungen sind z.b. FileInputStream und FileOutputStream Reader und Writer sind abstrakte Klassen zum Lesen / Schreiben von Unicode-Zeichen (char) InputStreamReader nimmt eine Bytestrom und liest ihn als Zeichenstrom OutputStreamWriter nimmt einen Zeichenstrom und schreibt ihn als Bytestrom BufferedInputStream/Reader/OutputStream/Writer erlauben das zeilenweise Lesen und Schreiben aus einem/in einen entsprechenden Strom. LineNumberReader ist ein BufferedReader, der die gelesenen Zeilen um Zeilennummern ergänzt

6 Zusammenbauen von Datenströmen in Java Zeilenweise (Buffered) Zeichen lesen (Reader) aus der Konsole (InputStream): InputStream inst = System.in; Reader inrd = new InputStreamReader(inSt); BufferedReader inbuf = new BufferedReader(inRd); BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in)); Buffered Reader Input Stream Reader System. in 6 6

7 Zusammenbauen von Datenströmen in Java Zeilenweise (Buffered) Zeichen schreiben(writer) in eine Textdatei (FileOutputStream): FileOutputStream outfl = new FileOutputStream("myoutput.txt"); OutputStreamWriter outwr = new OuputStreamWriter(outFl); BufferedWriter outbuf = new BufferedWriter(outWr); BufferedWriter outbuf = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter( new FileOutputStream("myoutput.txt"))); Buffered Writer Output Stream Writer File Output Stream myoutput. txt 7 7

8 Zusammenbauen von Datenströmen in Java Zeilenweise (Buffered) Zeichen schreiben(writer) in eine Zeichendatei(FileWriter): FileWriter outwr = new FileWriter("myoutput.chr"); BufferedWriter outbuf = new BufferedWriter(outWr); BufferedWriter outbuf = new BufferedWriter(new FileWriter("myoutput.chr"); Buffered Writer File Writer myoutput. chr 8 8

9 Komfortklassen PrintStream und PrintWriter ermöglichen direkt das zeilenweise Schreiben und werfen keine Exceptions. PrintWriter writer = new PrintWriter (new FileStream("x.dat"); //Komfort-Konstruktor writer.println("dateianfang"); System.out ist vom Typ PrintStream Scanner (im Paket java.util) erlaubt direkt das zeilenweise Lesen und wirft keine Exceptions. Scanner read = new Scanner(System.in); String s = read.nextline(); 9 9

10 Filter in den Datenströmen Abstrakte Klassen FilterInputStream, FilterOutputStream, FilterReader, FilterWriter Eigene Implementierungen können in den Datenstrom "eingehängt" werden, z.b. Löschen von Steuerzeichen FileWriter outwr = new FileWriter("myoutput.chr"); MyFilterWriter outfilt = new MyFilterWriter(outWr); MyFilterWriter outfilt = new MyFilterWriter(new FileWriter("myoutput.chr"); MyFilter Writer File Writer myoutput. chr 10 10

11 Einen Filter selbst schreiben: Filter soll Groß-gegen Kleinbuchstaben tauschen und umgekehrt: FilterWriter erweitern abstrakte Klasse enthält Basis- Implementierung für alle Writer-Methoden write-methoden überschreiben Rückgriff auf Basis- Implementierung (super) in Konstruktor, für Nicht-Buchstaben und zum Schließen 11 11

12 Filter anwenden 12 12

13 Textdateien Alle bisherigen Ströme arbeiten auf der Basis von Zeichen Dateien sind lesbar Einfachste Struktur: Zeile Ein Datenwert pro Zeile Für kompliziertere Datenstrukturen braucht man Protokolle: Vereinbarungen zwischen der Schreib- und der Leseeinheit Beispiel: Schreiben und Lesen von Filmen CSV eine übliche Form der 2-stufigen Struktur (Tabelle) 13 13

14 Anwendungsbeispiel CSV-Ausgabe Dann in einer Schleife für alle Movies Aus dem Movie-Objekt einen CSV-String machen "createstringfrommovie(...)" Als Zeile in die Datei schreiben IO-Exceptions beachten! Zum Schluss Datei schließen! 14 14

15 Anwendungsbeispiel CSV-Eingabe Dann in einer Schleife zeilenweise lesen und: aus der Zeile ein Movie-Objekt bauen "createmoviefromstring(...)" das Movie-Objekt der Liste hinzufügen IO-Exceptions beachten! Zum Schluss Datei schließen! außerhalb der Methode evtl: Listeneinträge in ein MovieRegister schreiben

16 Protokoll Movie à CSV Achtung: Die Reihenfolge der CSV-Einträge ist wichtig! Müssen in derselben Reihenfolge wieder gelesen werden! 16 16

17 Protokoll: CSV à Movie ("Parsen") 17 17

18 Testen

19 Protokolle Protokoll: Vereinbarung über Format und Reihenfolge der Daten Hier: CSV, getrennt durch ":" Schreib- und LeseStrom sollten aneinander angepasst sein Lese-Schreib-Paar: Prog1 CSV Writer File CSV Reader Prog2 Strom-Paar 19 19

20 Sichere Protokoll-Klasse ç ç Filename und Splitter werden im Konstruktor gesetzt readmoviefile und writemoviefile nicht mehr static 20 20

21 Lesen und Schreiben mit derselben Klasse 21 21

22 Andere Standard-Datenformate / Protokolle CSV gut geeignet für "Datensätze" Zeilen in Excel- oder Datenbanktabellen Standard-Exportformat für Excel und Relationale DB XML optimal für hierarchische Daten Knoten mit Namen und Eigenschaften belegbar Dokumentenformat ebenfalls in XML beschreibbar fertige Parser und andere Werkzeuge JSON (Javascript Object Notation) für hierarchische Daten Name Wert Paare, Werte können Mengen oder Listen sein kompakter als XML fertige Parser und andere Werkzeuge 22 22

23 JSON Liste von Name-Wert-Paaren Wert kann wieder Liste sein Listenformen: JSONArray (sortiert) [ ]-geklammert JSONObject (unsortiert) { }-geklammert Datentypen: String, Number, Boolean, null Whitespace ist bedeutungslos { "title":"casablanca", "germantitle":"casablanca", "genre":"drama", "year":1962, "actors":["humphrey Bogart", "Ingrid Bergmann"], "fsk" : 12 } 23 23

24 Verarbeitung in Java Bibliotheken sehr einfach zu benutzen: JSON-simple von Google jar-datei herunterladen und als externe Bibliothek einbinden schnelle erste Schritte:

25 JSON-Protokolldatei für Movies verwenden Anwendung wie CSV, hier aber gleich fürs ganze Register: Register schreiben "writemovieregister(...)" Register lesen "readmovieregister(...) 25 25

26 JSONObject erzeugen / lesen... Reihenfolge ist egal! 26 26

27 Die Lese- und Schreibmethoden writemovieregister(movieregister register) MovieRegister readmovieregister() eröffnen und schließen die Datei benutzen die Methoden encodemovie/ decodemoviein einer Schleife die Codierung läuft von Movie nach JSONObject und umgekehrt Ein Parser erzeugt ein JSONObject oder JSONArray aus einem String Die Umwandlung von JSONObject oder JSONArray nach String macht die Methode writejsonstring 27 27

28 writejsonstring von JSONObject / JSONArray nach String Zusammenfassung aller Movies zu einem JSONArray 28 28

29 JSONParser von String nach JSONObject / JSONArray 29 29

30 ... das wars mit JSON 30 30

31 Soweit zu Textdateien J Nächstes Mal gibt es Binäres... Es folgen noch ein paar Kniffs für Interessierte

32 Formatierte Textausgabe PrintStream und PrintWriter haben eine Methode zur formatierten Ausgabe Formatierung bedeutet auch Konvertierung von Daten: Zeit, Zahlensysteme, Rundung, etc void printf (String format, Object... args); // oder format format: Beschreibung des Formats als String: System.out.printf( "%X %3$s %2$d", 31, 31, " hexa ist "); Ausgabe: 1F hexa ist 31 Die Parameter sind indiziert 1..n, der Index kann angegeben werden (%3$ steht für den 3. Parameter) X, d, s sind Steuerzeichen (für hexadezimal mit Großbuchst., dezimal, String) Die Steuerzeichen für die Darstellung und Konvertierung findet man unter java.util.formatter 32 32

33 Wichtige Format-Steuerzeichen Zahlen, Zeichen Strings: d, o, x, X Ganzzahl in Dezimal-, Oktal-, Hexadezimal und wiss. Darstellung (mit Klein- oder Großbuchstaben) f, e, E, a, A Gleitpunktzahl in Dezimal-, wiss. oder Hexa-Darstellung g, G wie e oder f nach "Bedarf" s, S Objekt als String mittels tostring oder null c Unicode-Zeichen n \n plattformspez. Zeilentrenner Formatierung von Nachkommastellen Klasse java.text.decimalformat: Angabe von Stellen und Dezimalzeichen Formatstring optinal für positive und negative Wert durch ";" getrennt new DecimalFormat("#.0000") // vier Nachkommastellen new DecimalFormat("Haben #,##0.00;Soll #,##0.00") // Untersch. pos u. neg String num = new DecimalFormat("#0.00").format(1.434E2); System.out.println(num); System.out.printf("%n %s", num); 33 33

34 Wichtige Format-Steuerzeichen Zeit: t, T leitet Zeitkonvertierung ein H, M, S Stunde, Minute, Sekunde 2-stellig (24 h) k Stunde 1-2-stellig (0..23) L Millisekunde 3-stellig Datum B, A voller Monats- bzw. Tagesname ("Januar") b, a abgekürtzer Monats- bzw. Tagesname ("Jan") Y, y Jahr 4- bzw. 2-stellig m, d Monat, Tag 2-stellig e Monat 1-2-stellig (1-31) R Stunde und Minute im 24h-Format ("%th:%tm") T Stunde, Minute, Sekunde im 24h-Format c Standard-Format ("Fr Jan 16 14:25:08 MEZ 2015") 34 34

35 Arbeiten im Dateisystem Klassen für Pfade und Dateien bietet das Paket java.nio Erzeugen eines Path-Objekts - Klassen Path und Paths: Path path = Paths.get("C:\\temp\\java_test_input.txt"); Im Pfadbaum aufsteigen Path dir = path.getparent(); Umwandeln in URI URI uri = path.touri(); Kopieren, ErzeugenLöschen - Klasse Files: copy (Path source, Path target, CopyOption opt) move (Path source, Path target, CopyOption opt) ceatedirectory(path dir, FileAttribute<?> attr) createfile(path dir, FileAttribute<?> attr) delete(path path) IO-Ströme zu Pfaden new BufferedReader(Path path, Charset cs) new BufferedWriter(Path path, Charset cs, OpenOption... opt) new InputStream(Path path, Charset cs, OpenOption... opt) new OutputStream(Path path, Charset cs, OpenOption... opt) List<String> filecontent = readalllines(path path, Charset cs); 35 35