Javaの世界観３A（入出力）

Javaによるプログラミングに関する世界観３A（入出力）です。

入出力

コマンドラインでの入出力

Javaで入出力をする時は、ストリーム系のクラスを使う。入出力はコマンドラインの基本です。頑張って理解しましょう。

キーボードによるコマンドライン入力は、InputStreamReaderにSystem.inを指定して、BufferedReaderを上から被せる。

たとえば、以下のようにする。

BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
String line = reader.readLine();

コマンドラインからlineに一行入力する。

入力したデータは文字列型で保持されているため、数値に変換するのであればInteger.parseInt()を使う。

コンソール画面への出力はSystem.out.println()で行えばよい。

System.out.println()は改行を最後に付加する。改行を付加したくないのであればSystem.out.print()を使う。

[java.io] Java文字列入力のまとめ (InputStream, Reader, Scanner) - Qiita

ファイル操作

Javaでファイル操作をする時は、バッファ系のクラスを利用する。入出力とファイル処理はコマンドラインの基本であるため、要勉強。

ファイルの読み込み

ファイルの読み込みはFileReaderを用いる。FileReaderでファイルから一文字だけ読み込みたい場合はread()を使う。残念ながらFileReaderを使う場合、基本的に一文字ずつしか読み込めない。

ただし、読み込みの際にBurfferedReaderという「バッファリングを処理するクラス」を一枚被せて利用することが多い。これだけで、ファイルの読み込みが高速になる。

後日注記：バッファリングとは、必要とされると思われるデータをまとめて読み込んでバッファに格納しておく機能。必要とされるデータだけをその時読み込むのではなく、ほかのデータもある程度のサイズをまとめてバッファに読み込んでおく。それによってストレージに何度もアクセスする必要がなくなり、効率的にファイルの中身を読み込むことができる。

BurfferedReaderのメソッドとしては、基本的にファイルから一行読み込むためのreadLine()と、ファイルを閉じるためのclose()を使う。

たとえば、以下のようにする。

String filename = "hoge.txt";
BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader(filename));
String line;
while ((line = reader.readLine()) != null) {
    System.out.println(line);
}
reader.close();

hoge.txtからreader.readLine()で一行ずつ読み込み、lineに代入して、nullが返るまでSystem.out.println()でコンソールに出力し続ける。

FileReader以外の方法として、InputStreamReaderとFileInputStreamを用いたより柔軟な方法がある。FileReaderではデフォルトの文字コードが使われるが、InputStreamReaderとFileInputStreamを用いれば自分の指定したい文字コードの種類を指定して読み込める。

後日注記：その他のファイル読み込みの方法については以下のページが参考になる。たとえばjava.nio.file.FilesのreadString()を使えば、ファイルすべてを読み込んで文字列変数に代入できる。readAllLines()ならば読み込んだ内容を文字列のリストにできる。また読み込み速度が速い方法としてFileChannelを使う方法がある。

Javaでファイル読み込みする3つの方法簡単なものから性能重視まで! - ENGINEER.CLUB（エンジニアクラブ）

2023.10.03-04編集

ファイルの書き込み

ファイルの書き込みはFileWriterを用いる。FileWriterで文字列をファイルに書き込むためにはwrite()を使う。

書き込みの際にバッファリングを行うBufferedWriterクラスを被せて利用する。ファイルの書き込みが高速になる。

また、BufferedWriterにさらにPrintWriterを被せることが多い。このPrintWriterは、ファイルに一行書き込むための便利なprintln()というメソッドを持つクラス。

たとえば、以下のようにすればよい。読み込みのためにreader、書き込みのためにwriterという二つのオブジェクトを使用している。

String filename_in = "hoge_in.txt";
String filename_out = "hoge_out.txt";
BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader(filename_in));
PrintWriter writer = new PrintWriter(new BufferedWriter(new FileWriter(filename_out)));
String line;
while ((line = reader.readLine()) != null) {
    writer.println(line);
}
reader.close();
writer.close();

reader.readLine()でhoge_in.txtから一行読み込むたびに、それをwriter.println()でhoge_out.txtに書き込み続ける。

FileWriter以外の方法として、OutputStreamWriterとFileOutputStreamを用いたより柔軟な方法がある。FileWriterではデフォルトの文字コードが使われるが、OutputStreamWriterとFileOutputStreamを用いれば自分の指定したい文字コードの種類を指定して書き込める。

2023.10.03編集

その他のファイル処理

その他のファイル処理として、java.io.Fileには、

メソッド	説明
delete()	ファイルを削除する
renameTo()	ファイルの名前を変更する
exists()	ファイルの存在を確認する
list()	ディレクトリの中のファイル一覧を取得する
mkdir()	ディレクトリを作成する
mkdirs()	深いディレクトリを一気に作成する

などのメソッドがある。Fileクラスはさまざまなファイル処理に使われる重要なクラスである。

（Java言語プログラミングレッスン第3版(下) オブジェクト指向を始めようを参考に執筆しました。）

例外を使おう

上記では簡素化のために使っていませんが、実際はIO処理の際にエラーがでることがあるため、例外機構をきちんと使いましょう。

たとえばこんな感じ。

import java.io.*;

public class HogeReadPrinter {
    public static void main(String[] args) {
        BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        try {
            String line = reader.readLine();
            System.out.println(line);
        } catch (IOException e) {
            System.out.println(e);
        }
    }
}

BufferedReader.readLine()を用いる際には、例外IOExceptionをキャッチしなければなりません。

ほかにも、FileReaderを使う時は例外FileNotFoundException、Integer.parseInt()を使う時は例外NumberFormatExceptionをキャッチする必要があります。

キャッチしなければならない例外は公式のJavaのマニュアルのthrowsの欄に書かれているので参照してください。

応用

以下は自分で書いたコード。コマンドライン入力の応用です。

import java.io.*;

public class HogeInputCalc {
    public static void main(String[] args) {
        BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        try {
            System.out.print("x = ");
            String line_x = reader.readLine();
            int x = Integer.parseInt(line_x);
            System.out.print("y = ");
            String line_y = reader.readLine();
            int y = Integer.parseInt(line_y);
            System.out.println(x + " + " + y + " = " + (x + y));
            System.out.println(x + " - " + y + " = " + (x - y));
            System.out.println(x + " * " + y + " = " + (x * y));
            System.out.println(x + " / " + y + " = " + (x / y));
        } catch (IOException e) {
            System.out.println(e);
        } catch (NumberFormatException e) {
            System.out.println("入力された数値の形式が正しくありません。");
        }
    }
}

参考文献

以上の解説とプログラムコードは以下の参考文献を部分的に参考にしました。

また、以下のページが参考になります。

Javaの道＞Java基本

シリアライズ

シリアライズAPI

Javaは文字列やバイトデータの入出力以外に、オブジェクトを入出力するシリアライズ（直列化）のクラスが用意されている。

まず、シリアライズを行う際には、シリアライズしたいオブジェクトのクラスでSerializableインターフェースを実装する。

そして、InputStreamとObjectInputStreamとreadObject()メソッドでオブジェクトを読み込む。

また、OutputStreamとObjectOutputStreamとwriteObject()メソッドでオブジェクトを書き込む。

Javaクラスライブラリ（XML）やシリアライズも参照のこと。