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Objectifs

• Introduction aux entrées-sorties (E/S) en Java
• Approfondir les notions liées aux exceptions

Introduction

Ce laboratoire comporte deux parties. La première partie introduit les concepts de base des entrées-sorties qui seront nécessaires pour réaliser ce laboratoire (conservez ces notes et ces exemples, ils vous seront utiles pour le cours structures de données). La seconde partie consiste à modifier l’application PlayListManager afin de lire/écrire les chansons à partir de fichiers.

1 Entrées-sorties (E/S) en Java

Ce document présente les éléments de base pour faire des entrées-sorties (E/S) en Java. Il couvre un sous-ensemble des classes du package java.io. Depuis la version 1.4 de Java, il y a un nouveau package, java.nio (new io), définissant des concepts plus avancés d’E/S tels que les «buffers», «channels», et «memory mapping», ces sujets ne seront pas couverts ici.

Les entrées-sorties en Java semblent assez complexes à première vue. Tout d’abord, il y a un très grand nombre de classes. Ensuite, il faut combiner plusieurs objets pour réaliser les traitements. Pourquoi cette complexité ? Java est un langage moderne, développé au milieu des années 1990s alors que le Web allait devenir une réalité. Ainsi, les données peuvent être lues et écrites à partir de plusieurs sources, dont le clavier, la console, des disques externes, mais aussi le réseau. De plus, la présence du Web a aussi stimulée la création de classes permettant l’internationalisation de programmes (pour les postes de travail anglophones, pour les langues européennes, mais aussi arabes et orientales) ainsi que le traitement de données multimédia.

1.1 Définitions

Un flux (stream) est une séquence ordonnée de données ayant une source ou une destination. Il y a deux genres de flux : les flux de caractères (character streams) et les flux d’octets (byte streams).

Java utilise des Unicodes pour encoder les caractères — les flux de caractères sont en général associés aux entrées-sorties de textes (donc lisible par l’humain). Les flux de caractères s’appellent readers et writers. Ce document traite principalement de ces types de flux. Les flux d’octets (byte streams) sont associés aux entrées-sorties de données (binaires). Les fichiers audio et vidéo, jpeg et mp3, en sont des exemples. Les informations peuvent être lues ou écrites sur un support externe. Pour chaque flux en lecture (ou reader), il existe un flux en écriture (ou writer) correspondant. Il existe aussi un troisième mode d’accès, le mode direct, permettant à la fois les lectures et écritures. Le mode direct n’est pas traité ici.

1.2 Exposé général

Il existe deux genres de flux et trois modes d’accès.

• Flux : caractères ou octets ;
• Accès : lecture, écriture ou direct.

De plus, le support utilisé (clavier, console, disque, mémoire, réseau, etc.) impose aussi ses propres contraintes (faut-il un tampon (buffer) ou pas, par exemple). Le package java.io comporte quelque 50 classes, 10 interfaces et plus de 15 exceptions. Le grand nombre de classes pourrait à lui seul intimider les nouveaux programmeurs. Pour ajouter à cette complexité, il faut généralement combiner des objets de deux ou trois classes afin d’effectuer quelque traitement que ce soit, comme le démontre cet exemple.

ici “data” est le nom d’un fichier d’entrée. Les sections qui suivent passent en revue les principaux concepts liés aux entrées-sorties en Java. La majorité des concepts sont accompagnés d’exemples et d’exercices. Compilez et exécutez tous les exemples. Complétez tous les exercices.

1.3 Flux

InputStream et OutputStream sont deux classes abstraites définissant les méthodes communes aux flux d’entrée et de sortie.

1.3.1 InputStream

La classe InputStream déclare les trois méthodes suivantes.

• int read() : Lit le prochain octet du flux d’entrée. L’octet lu est retourné dans un entier, intervalle 0 à 255. Si aucun octet n’est disponible, signifiant que la fin du flux a été atteinte, alors la méthode retourne la valeur -1.
• int read( byte[] b ) : Lit plusieurs octets à la fois. Les octets sont sauvegardés dans le tampon (buffer, un tableau) b. La méthode retourne le nombre d’octets lus.
• close() : Fermeture du flux d’entrée. Libère les ressources qui lui sont associées.

La classe InputStream est abstraite. Voici des exemples de ses sous-classes : AudioInputStream, ByteArrayInputStream, FileInputStream, FilterInputStream, ObjectInputStream, PipedInputStream, SequenceInputStream et StringBufferInputStream. Parmi celles-ci, la classe FileInputStream sera présentée ci-bas. Cette classe permet la lecture d’octets à partir d’un fichier.

1.3.2 OutputStream

La classe abstraite OutputStream déclare les méthodes qui suivent.

• write( byte[] b ) : Écrit b.length octets sur la sortie.
• flush() : Vide la mémoire tampon du flux, forçant ainsi l’écriture de tous les octets se trouvant encore dans le tampon.
• close() : Fermeture du flux. Libère les ressources associées à ce flux.

La classe OutputStream est abstraite. Voici des exemples de sous-classes concrètes : ByteArrayOutputStream, FileOutputStream, FilterOutputStream, ObjectOutputStream et PipedOutputStream. Parmi celles-ci, la classe FileOutputStream est utilisée fréquemment et sera étudiée ci-bas. Elle permet l’écriture de l’octet dans un fichier.

1.3.3 System.in et System.out

Deux objets sont prédéfinis par le système. System.in est un flux d’entrée, généralement associé au clavier. System.out est un flux de sortie, généralement associé à la console.

1.4 Lecture

Limitons la portée de cette discussion à la lecture à partir d’un fichier ou la lecture à partir du clavier.

1.4.1 Lecture à partir d’un fichier

Afin de lire des données d’un fichier, il faut créer un objet FileInputStream. Attardons-nous aux deux constructeurs suivants.

• FileInputStream( String name ) : Ce constructeur reçoit le nom du fichier en paramètre. Exemple.

  InputStream in = new FileInputStream( "data" );

• FileInputStream( File file ) : Ce constructeur reçoit en paramètre un objet File, un objet représentant le fichier externe.

L’objet File permet d’effectuer toutes sortes d’opérations sur le fichier. Voici quelques exemples.

FileInputStream est une sous-classe d’InputStream. Tout comme son parent, cette classe ne lit que des octets.

1.4.2 InputStreamReader

La classe FileInputStream sert de passerelle entre un flux d’octets et un flux de caractères. On l’utilise comme suit.

ou encore,

L’objet System.in est généralement associé au clavier du poste de travail.

• int read() : Lecture d’un caractère. Retourne -1 lorsque la fin de l’entrée est atteinte (end-of-file (eof), end-of-stream (eos)). L’entier doit être converti en caractère.

  int i = in.read();   if ( i != -1 ) {       char c = (char) i;   }

  Voir Unicode.java et Keyboard.java.

• int read( char [] b ) : Lit plusieurs caractères à la fois. Les caractères sont mis dans le tableau b. La méthode retourne le nombre de caractères lus ou -1 si la fin est atteinte.

  InputStreamReader in = new InputStreamReader( new FileInputStream( "data" ) );     int i = in.read();   if ( i != -1) {       char c = (char) i;   }

  ou

  char[] buffer = new char[ 256 ];   num = in.read( buffer );   String str = new String( buffer );

Faites quelques tests. Peu importe le nombre de caractères lus, la longueur de la chaîne est toujours 256. De plus, certains symboles ne sont pas affichables. Vous devez utiliser la méthode trim afin de retirer les caractères non affichables.

Voir Keyboard.java.

1.4.3 BufferedReader

Certaines applications doivent lire les données ligne par ligne. Pour ces applications, nous utiliserons un (objet) BufferedReader. BufferedReader utilise un objet de la classe InputStreamReader afin de lire les données. Ce dernier, InputStreamReader utilise InputStream afin de lire les octets. Chaque couche (objet) ajoute de nouvelles fonctions. InputStreamReader convertit les octets en caractères. Finalement, BufferedReader regroupe les caractères en chaînes de caractères, par exemple une ligne à la fois.

ou

Voir Copy.java.

Solution : Find.java

Solution : WGet.java

1.5 Écriture

Considérons maintenant l’écriture sur sortie standard ainsi que l’écriture dans un fichier. Vous remarquerez la similarité avec la lecture.

1.5.1 Écrire dans un fichier

Afin d’écrire dans un fichier, nous utiliserons un (objet) FileOutputStream. Voici deux constructeurs.

• FileOutputStream( String name ) : Crée un flux de sortie pour l’écriture dans un fichier nommé name.

  OutputStream out = new FileOutputStream( "data" );

• FileOutputStream( File file ) : Ce constructeur reçoit un objet File.

  File f = new File( "data" );   OutputStream out = new FileOuputStream( f );

  Tout comme son parent, OutputStream, cette classe ne sert qu’à l’écriture d’octets.

• OutputStreamWriter : Une passerelle pour la conversion de caractères en octets.

  OutputStreamWriter out = new OutputStreamWriter( new FileOutputStream( "data " ) );

  ou

  OutputStreamWriter out = new OutputStreamWriter( System.out );

  OutputStreamWriter err = new OutputStreamWriter( System.err );

  Les messages d’erreurs sont en général écrits sur System.err, la sortie standard. Voici les méthodes de la classe OutputStreamWriter.

  • write( int c ) : Écrit un seul caractère ;
  • write( char[] buffer ) : Écrit le contenu du tableau sur la sortie ;
  • write( String s ) : Écriture d’une chaîne de caractères.

  Exercice 5 Modifiez le programme Copy.java afin de spécifier un fichier destination. Ainsi, l’application copie le contenu d’un fichier d’entrée dans un fichier sortie.

  Solution : Copy.java

• PrintWriter : Cette classe définit un ensemble de méthodes permettant l’écriture de valeurs d’un type primitif ou objet.

  print( boolean b )  : Prints a boolean value.   print( char c )     : Prints a character.   print( char[] s )   : Prints an array of characters.   print( double d )   : Prints a double-precision floating-point number.   print( float f )    : Prints a floating-point number.   print( int i )      : Prints an integer.   print( long l )     : Prints a long integer.   print( Object obj ) : Prints an object.   print( String s )   : Prints a string.

  Le méthodes suivantes affichent aussi un séparateur de lignes (le séparateur varie selon le système d’exploitation utilisé, cette difficulté est traitée pour nous par l’objet PrintWriter).

  println()             : Prints a line separator string.   println( boolean b )  : Prints a boolean value.   println( char c )     : Prints a character.   println( char[] s )   : Prints an array of characters.   println( double d )   : Prints a double-precision floating-point number.   println( float f )    : Prints a floating-point number.   println( int i )      : Prints an integer.   println( long l )     : Prints a long integer.   println( Object obj ) : Prints an object.   println( String s )   : Prints a string.

1.6 Exceptions

Cette section revisite quelques concepts liés aux traitements d’exception en Java et présente ceux qui sont spécifiques aux traitements des entrées-sorties.

1.6.1 IOException

“Signals that an I/O exception of some sort has occurred. This class is the general class of exceptions produced by failed or interrupted I/O operations.” IOException est une sous-classe d’Exception. Ces exceptions doivent être traitées : à l’aide de blocs try/catch ou d’une déclaration.

1.6.2 FileNotFoundException

Le constructeur FileInputStream( String name ) déclare une exception de type FileNotFoundException.

1.6.3 finally

Les énoncés du bloc finally d’un énoncé try/catch sont toujours exécutés. On l’utilise pour des constructions comme celles-ci.

Ici, lors d’un appel sans erreur à la méthode pre(), le résultat est une référence non null. Suite à l’appel à pre(), certains traitements seront exécutés. Qu’il y ait ou non une erreur, lors de ces traitements, on souhaite effectuer un posttraitement. Dans le bloc finally, on sait que l’appel à la méthode pre() a été un succès parce que la valeur de val est non null. On fait alors appel à la méthode post().

Voici une situation typique ou ce mécanisme est nécessaire.

Tous les systèmes d’exploitation limitent le nombre maximum de fichiers qui peuvent être ouverts simultanément ; sous Linux, cette limite est de 16 fichiers par défaut. Il faut donc toujours s’assurer de fermer tous les fichiers, dès que possible.

La méthode close déclare deux exceptions, ainsi la méthode copy doit les déclarer (ou les attraper).

Voir Copy.java

1.7 Formatage (nombres)

Les solutions proposées pour le formatage de données sont plus complexes que pour certains autres langages. Le langage C a été développé au début des années 1970s, alors que Java a été développé dans les années 1990s. Java propose plusieurs solutions pour l’internationalisation de programmes — utiliser “.” ou “,”afin de séparer les décimales d’un nombre selon la configuration locale de l’ordinateur utilisé.

1.7.1 java.text.Format

Format est la super-classe (abstraite) des classes liées au formatage : entre autres DateFormat et NumberFormat. Voyez par vous même ce qui arrive lorsqu’on affiche un nombre en point flottant (Test.java).

C’est parfois le résultat désiré et parfois pas (si on souhaite imprimer un montant d’argent, par exemple). Afin d’imprimer un nombre fixe de décimales, nous utiliserons NumberFormat. Tout d’abord, il faut importer cette classe. Ensuite, on crée une instance et l’on détermine le nombre de décimales à l’aide des méthodes setMaximumFractionDigits et setMinimumFractionDigits. Finalement, on utilise la méthode format afin de créer la chaîne désirée. Voir Test.java

1.7.2 DecimalFormat

Voici une méthode alternative. Ici, nous affichons trois décimales dans une chaîne de taille 8.

Voir Test.java

2 PlayListManager

Pour ce laboratoire, vous devez modifier l’application PlayListManager afin de lire et écrire les chansons dans des fichiers.

2.1 Lire les chansons à partir d’un fichier

Modifiez l’application afin de lire les chansons à partir d’un fichier. Par exemple, donnez le nom fichier sur la ligne de commande,

Le fichier contient une entrée par ligne. Chaque entrée est composée du titre, du nom de l’artiste et du titre de l’album. Les champs sont séparés par “ :”.

2.2 Écrire les chansons dans un fichier

Modifiez l’application afin de sauvegarder les chansons de la nouvelle liste dans un fichier. Vous pouvez spécifier le nom du fichier sur la ligne de commande,

Le format du fichier est le même que celui en entrée.

Solution

Il est fortement suggéré que vous développiez vos solutions des méthodes PlayList getSongsFromFile( String fileName ) et void writeSongsToFile( String fileName ) dans une classe séparée, par exemple Utils. Une fois le travail terminé, intégrez les méthodes à l’application PlayListManager.

• media.jar (starting point)
• media.jar (solution)
• src.jar (all the files for this laboratory)

Ressources

• java.sun.com/docs/books/tutorial/essential/io
• www.iro.umontreal.ca/~vaucher/Java/tutorials/Java_files.txt

Dernière modification : 23 mars 2007