附录:标准IO

标准 I/O这个术语参考Unix中的概念，指程序所使用的单一信息流（这种思想在大多数操作系统中，也有相似形式的实现）。

程序的所有输入都可以来自于标准输入，其所有输出都可以流向标准输出，并且其所有错误信息均可以发送到标准错误。标准 I/O 的意义在于程序之间可以很容易地连接起来，一个程序的标准输出可以作为另一个程序的标准输入。这是一个非常强大的工具。

从标准输入中读取

遵循标准 I/O 模型，Java 提供了标准输入流 System.in、标准输出流 System.out 和标准错误流 System.err。在本书中，你已经了解到如何使用 System.out将数据写到标准输出。 System.out 已经预先包装^1成了 PrintStream 对象。标准错误流 System.err 也预先包装为 PrintStream 对象，但是标准输入流 System.in 是原生的没有经过包装的 InputStream。这意味着尽管可以直接使用标准输出流 System.out 和标准错误流 System.err，但是在读取 System.in 之前必须先对其进行包装。

我们通常一次一行地读取输入。为了实现这个功能，将 System.in 包装成 BufferedReader 来使用，这要求我们用 InputStreamReader 把 System.in 转换^2成 Reader 。下面这个例子将键入的每一行显示出来：

  1. // standardio/Echo.java
  2. // How to read from standard input
  3. import java.io.*;
  4. import onjava.TimedAbort;
  6. public class Echo {
  7.     public static void main(String[] args) {
  8.         TimedAbort abort = new TimedAbort(2);
  9.         new BufferedReader(
  10.                 new InputStreamReader(System.in))
  11.                 .lines()
  12.                 .peek(ln -> abort.restart())
  13.                 .forEach(System.out::println);
  14.         // Ctrl-Z or two seconds inactivity
  15.         // terminates the program
  16.     }
  17. }

BufferedReader 提供了 lines() 方法，返回类型是 Stream<String> 。这显示出流模型的的灵活性：仅使用标准输入就能很好地工作。 peek() 方法重启 TimeAbort，只要保证至少每隔两秒有输入就能够使程序保持开启状态。

将 System.out 转换成 PrintWriter

System.out 是一个 PrintStream，而 PrintStream 是一个OutputStream。 PrintWriter 有一个把 OutputStream 作为参数的构造器。因此，如果你需要的话，可以使用这个构造器把 System.out 转换成 PrintWriter 。

  1. // standardio/ChangeSystemOut.java
  2. // Turn System.out into a PrintWriter
  4. import java.io.*;
  6. public class ChangeSystemOut {
  7.     public static void main(String[] args) {
  8.         PrintWriter out =
  9.                 new PrintWriter(System.out, true);
  10.         out.println("Hello, world");
  11.     }
  12. }

输出结果：

  1. Hello, world

要使用 PrintWriter 带有两个参数的构造器，并设置第二个参数为 true，从而使能自动刷新到输出缓冲区的功能；否则，可能无法看到打印输出。

重定向标准 I/O

Java的 System 类提供了简单的 static 方法调用，从而能够重定向标准输入流、标准输出流和标准错误流：

  • setIn（InputStream）
  • setOut（PrintStream）
  • setErr(PrintStream)

如果我们突然需要在显示器上创建大量的输出，而这些输出滚动的速度太快以至于无法阅读时，重定向输出就显得格外有用，可把输出内容重定向到文件中供后续查看。对于我们想重复测试特定的用户输入序列的命令行程序来说，重定向输入就很有价值。下例简单演示了这些方法的使用：

  1. // standardio/Redirecting.java
  2. // Demonstrates standard I/O redirection
  3. import java.io.*;
  5. public class Redirecting {
  6.     public static void main(String[] args) {
  7.         PrintStream console = System.out;
  8.         try (
  9.                 BufferedInputStream in = new BufferedInputStream(
  10.                         new FileInputStream("Redirecting.java"));
  11.                 PrintStream out = new PrintStream(
  12.                         new BufferedOutputStream(
  13.                                 new FileOutputStream("Redirecting.txt")))
  14.         ) {
  15.             System.setIn(in);
  16.             System.setOut(out);
  17.             System.setErr(out);
  18.             new BufferedReader(
  19.                     new InputStreamReader(System.in))
  20.                     .lines()
  21.                     .forEach(System.out::println);
  22.         } catch (IOException e) {
  23.             throw new RuntimeException(e);
  24.         } finally {
  25.             System.setOut(console);
  26.         }
  27.     }
  28. }

该程序将文件中内容载入到标准输入，并把标准输出和标准错误重定向到另一个文件。它在程序的开始保存了最初对 System.out 对象的引用，并且在程序结束时将系统输出恢复到了该对象上。

I/O重定向操作的是字节流而不是字符流，因此使用 InputStream 和 OutputStream，而不是 Reader 和 Writer。

执行控制

你经常需要在Java内部直接执行操作系统的程序，并控制这些程序的输入输出，Java类库提供了执行这些操作的类。

一项常见的任务是运行程序并将输出结果发送到控制台。本节包含了一个可以简化此任务的实用工具。

在使用这个工具时可能会产生两种类型的错误：导致异常的普通错误——对于这些错误我们只需要重新抛出一个 RuntimeException 即可，以及进程自身的执行过程中导致的错误——我们需要用单独的异常来报告这些错误：

  1. // onjava/OSExecuteException.java
  2. package onjava;
  4. public class OSExecuteException extends RuntimeException {
  5.     public OSExecuteException(String why) {
  6.         super(why);
  7.     }
  8. }

为了运行程序，我们需要传递给 OSExecute.command() 一个 String command，我们可以在控制台键入同样的指令运行程序。该命令传递给 java.lang.ProcessBuilder 的构造器（需要将其作为 String 对象的序列），然后启动生成的 ProcessBuilder 对象。

  1. // onjava/OSExecute.java
  2. // Run an operating system command
  3. // and send the output to the console
  4. package onjava;
  5. import java.io.*;
  7. public class OSExecute {
  8.     public static void command(String command) {
  9.         boolean err = false;
  10.         try {
  11.             Process process = new ProcessBuilder(
  12.                     command.split(" ")).start();
  13.             try (
  14.                     BufferedReader results = new BufferedReader(
  15.                             new InputStreamReader(
  16.                                     process.getInputStream()));
  17.                     BufferedReader errors = new BufferedReader(
  18.                             new InputStreamReader(
  19.                                     process.getErrorStream()))
  20.             ) {
  21.                 results.lines()
  22.                         .forEach(System.out::println);
  23.                 err = errors.lines()
  24.                         .peek(System.err::println)
  25.                         .count() > 0;
  26.             }
  27.         } catch (IOException e) {
  28.             throw new RuntimeException(e);
  29.         }
  30.         if (err)
  31.             throw new OSExecuteException(
  32.                     "Errors executing " + command);
  33.     }
  34. }

为了捕获在程序执行时产生的标准输出流，我们可以调用 getInputStream()。这是因为 InputStream 是我们可以从中读取信息的流。

这里这些行只是被打印了出来，但是你也可以从 command() 捕获和返回它们。

该程序的错误被发送到了标准错误流，可以调用 getErrorStream() 捕获。如果存在任何错误，它们都会被打印并且抛出 OSExcuteException ，以便调用程序处理这个问题。

下面是展示如何使用 OSExecute 的示例：

  1. // standardio/OSExecuteDemo.java
  2. // Demonstrates standard I/O redirection
  3. // {javap -cp build/classes/main OSExecuteDemo}
  4. import onjava.*;
  6. public class OSExecuteDemo {}

这里使用 javap 反编译器（随JDK发布）来反编译程序，编译结果：

  1. Compiled from "OSExecuteDemo.java"
  2. public class OSExecuteDemo {
  3.   public OSExecuteDemo();
  4. }