InputStream/OutputStream型

• ファイルの入出力
• Reader型
• Writer型
• InputStream/OutputStream型
  • OutputStream型
    • OutputStream 型色々
  • InputStream型
    • InputStream 型色々
    • 例題 4 InputStreamを利用した Cat
  • 例題 5 単純なファイルコピー 2
  • 例題 6 pnm 画像の生成
• 練習問題
• まとめ

OutputStream 型

データを書き出すための Stream であり，使い方は Writer とほぼ同じです． 例えば，以下のサンプルプログラムの writeWithWriterは Writer 型で示した典型的なWriterの使い方です． このwriteWithWriterと対比して，writeWithOutputStreamを確認してください．

void writeWithWriter(File file, String message) throws IOException{
    PrintWriter out = new PrintWriter(new FileWriter(file)); // (2)
    // 上記の(2)の処理を区別して書くと次のような処理になる．
    //     FileWriter fwriter = new FileWriter(file);
    //     PrintWriter out = new PrintWriter(fwriter);
    out.print(message);
    out.close();
}

void writeWithOutputStream(File file, String message) throws IOException{
    BufferedOutputStream out = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(file)); // (3)
    // 上記の(3)の処理を区別して書くと次のような処理になる．
    //     FileOutputStream fout = new FileOutputStream(file);
    //     BufferedOutputStream out = new BufferedOutputStream(fout);
    out.write(message.getBytes());
    out.close();
}

writeWithWriterとwriteWithOutputStreamの違いは，メソッド内で利用している型のみで，構造がほぼ同じであることに注意してください． writeWithOutputStream では，ファイルを開き，その型（ここではFileOutputStream）を別の型（BufferedOutputStream）でラップしています． そして，BufferedOutputStream で message.getBytes() の返り値をwriteメソッドで書き出しています． message.getBytes()は名前から想像できるように，文字列（String型）のバイト配列を返します． このことから，OutputStreamは文字データ（Character型）ではなく，バイナリデータ（Byte型）を扱うことに注意しましょう．

加えて，利用している型は異なりますが，名前が似ている型があることにも注意しましょう． 例えば，writeWithWriterメソッドでは，中で FileWriterを利用していますが， writeWithOutputStreamメソッドでは，FileWriterではなく，FileOutputStreamを利用しています．

OutputStream 型色々

OutputStream型もWriter型と同様に多くの型が存在します． ファイルに書き出すときは，FileOutputStreamを使いますが，典型的には OutputStream の機能のみ（writeメソッドにInetger型を渡す）を使うことが多いでしょう．

• FileOutputStream
  • ファイル（File型）にデータを書き込むためのOutputStream型．
• ByteArrayOutputStream
  • メモリ上にデータを書き出し，バイト配列で取得できるOutputStream型．
• GZIPOutputStream
  • このOutputStreamにデータを書き出すと zip 圧縮されるようになる．

InputStream 型

InputStreamはデータを読み込むための Stream であり，バイナリデータを読み込みます． 使い方は Reader とほぼ同じで，Stream を開き，そこからデータを読み取ります． readメソッドで１バイトのデータを読み込みます．この時，Integer型でデータが返されます． 返り値となるデータが-1 の場合，これ以上，読み取るデータがないことを表します．

InputStream 型色々

InputStream型もReader型と同様に多くの型が存在します． ファイルからデータを読み出すときは，FileInputStreamを使います． また，読み込むときにバッファリングしたい場合は，BufferedInputStreamを使うことが多いでしょう． それでも，本講義で扱うプログラムでは，引数のないreadメソッドを呼び出し，1 バイト単位で読み込む方法で十分でしょう．

• FileInputStream
  • ファイル（File型）からバイナリデータを読み込むためのInputStream型．
• BufferedInputStream
  • データをバッファリングして読み込むためのInputStream型．
• ByteArrayInputStream
  • バイト配列から１バイトずつデータを読み込むためのInputStream型．
• GZIPInputStream
  • gzip 圧縮されたファイルをFileInputStreamで開き，このGZIPInputStreamでラップして読み込むと，gzip 圧縮された内容を読み込むことが可能です．

例題 4 InputStream を利用した Cat

InputStream はバイナリデータですので，行の概念がありません．改行コードも文字も同列に扱われるためです． それでも，例題 1のようなプログラムを作成可能です． １バイトずつ読みこみ，１バイトずつ書き出せば良いのです． 以下の例をコンパイル，実行してください．

import java.io.*;
public class CatByStream{
    void cat(String file) throws IOException{
        System.out.printf("========== %s ==========%n", file);
        FileInputStream in = new FileInputStream(file);
        this.printFileContent(in);
        in.close();
    }
    void printFileContent(FileInputStream in) throws IOException{
        Integer data;
        while((data = in.read()) != -1){
            System.out.write(data);
        }
    }
    // run や main メソッドは省略．
}

このプログラムのprintFileContentメソッドを見てみましょう． FileInputStream型の変数inに対してreadメソッドを呼び出し，１バイトのデータを受け取っています． 読み取れるデータがない場合は -1 が返されます．

そして，受け取ったデータを変数dataに代入し，System.out.writeメソッドが標準出力に書き出しています． このように１バイト単位で読み出し，書き出しすることでも，Cat コマンドを実現可能です．

import java.io.*;
public class CatByStream{
    void run(String[] args) throws IOException {
        for(Integer i = 0; i < args.length; i++){
            this.cat(args[i]);
        }
    }
    void cat(String file) throws IOException{
        System.out.printf("========== %s ==========%n", file);
        FileInputStream in = new FileInputStream(file);
        this.printFileContent(in);
        in.close();
    }
    void printFileContent(FileInputStream in) throws IOException{
        Integer data;
        while((data = in.read()) != -1){
            System.out.write(data);
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        CatByStream cat = new CatByStream();
        cat.run(args);
    }
}

例題 5 単純なファイルコピー 2

それでは，例題 3 単純なファイルコピーを InputStream/OutputStreamを使って書き直して見ましょう． クラス名は SimpleCopier2 としてください．

import java.io.*;

public class SimpleCopier2{
    void run(String[] args) throws IOException {
        FileInputStream in = new FileInputStream(args[0]);
        FileOutputStream out = new FileOutputStream("output");
        this.copy(in, out);
        in.close();
        out.close();
    }

    void copy(FileInputStream in, FileOutputStream out) throws IOException {
        Integer data;
        while((data = in.read()) != -1){ // １文字ずつ読み込み，
                                         // データが読み込めなくなるまで繰り返す．
            out.write(data); // データを１文字書き出す．
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        SimpleCopier2 copier = new SimpleCopier2();
        copier.run(args);
    }
}

例題 6 pnm 画像の生成

pnm 画像とは，pbm, pgm, ppm の総称で非常に単純な画像フォーマットです． それぞれ，portable binary map, portable gray map, portable pix map の略です． ここで，ppm 画像を作成します． ppm画像は 3 バイトで1画像を表します．画素とは画像の１ピクセルのことです． 1画素は R（赤成分），G（緑成分），B（青成分）の3つの成分で構成されます．

ppm 画像は，次のようなフォーマットです．各行は１バイトの改行（\n）で区切られます． このうち，WIDTHは横幅を表す整数値，HEIGHTは高さを表す整数値で，画像データはバイナリデータで画素の左上から始まり左に向かって出力されます． 一番右端のデータが書かれれば，一段下の行の左端からのデータが書き出されます． そして，1画素あたり，R（赤成分），G（緑成分），B（青成分）の順で書き出され，これがWIDTH*HEIGHTだけ続きます．

P6
WIDTH HEIGHT
255
画像データ

このような ppm 画像で，下に示すようなグラデーション表示をしてみましょう． 256×256 の大きさで，左上が黒（RGB がそれぞれ 0），左下が赤，右上が青，右下がマゼンタ（RGB で R と B 成分が 255，G 成分が 0）になるように画像を作成してみましょう． なお，ppm 画像は，macOS のプレビューで確認できます．

では，GradiationGeneratorというクラス名で作成してみましょう． 生成した画像を gradiation.ppm というファイルに出力しましょう．

// import文は省略
public class GradiationGenerator {
    void run() throws IOException{
        OutputStream out = // gradiation.ppm に出力する OutputStream を構築する．
        this.writeHeader(out);
        this.writeBody(out);
        out.close();
    }

    void writeBody(OutputStream out) throws IOException{
        // 各画素をR, G, B それぞれ１バイトで出力する．
    }

    void writeHeader(OutputStream out) throws IOException{
        out.write('P');  // ヘッダ部分は文字で表される．
        out.write('6');
        out.write('\n'); // 環境が変わっても \n を出力する必要がある．
        out.write('2');  // 横幅
        out.write('5');
        out.write('6');
        out.write(' ');
        out.write('2');  // 高さ
        out.write('5');
        out.write('6');
        out.write('\n');
        out.write('2');  // １画素の１色成分の最大値
        out.write('5');
        out.write('5');
        out.write('\n');
    }
    // mainメソッドは省略．
}

import java.io.*;

public class GradiationGenerator{
    void run() throws IOException{
        OutputStream out = new FileOutputStream("gradiation.ppm");
        this.writeHeader(out);
        this.writeBody(out);
        out.close();
    }

    void writeBody(OutputStream out) throws IOException{
        for(Integer i = 0; i < 256; i++){ // 画像の縦方向
            for(Integer j = 0; j < 256; j++){ // 横方向
                out.write(i); // R成分
                out.write(0); // G成分
                out.write(j); // B成分
            }
        }
    }

    void writeHeader(OutputStream out) throws IOException{
        out.write('P');  // ヘッダ部分は文字で表される．
        out.write('6');
        out.write('\n'); // 環境が変わっても \n を出力する必要がある．
        out.write('2');  // 横幅
        out.write('5');
        out.write('6');
        out.write(' ');
        out.write('2');  // 高さ
        out.write('5');
        out.write('6');
        out.write('\n');
        out.write('2');  // １画素の１色成分の最大値
        out.write('5');
        out.write('5');
        out.write('\n');
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        GradiationGenerator generator = new GradiationGenerator();
        generator.run();
    }
}