Επισκόπηση

• Βασικές έννοιες: ιεραρχία μνήμης, παράσταση και ομαδοποίηση δεδομένων
• Ε/Ε δυαδικών δεδομένων
• Ε/Ε χαρακτήρων
• Ε/Ε πινάκων και αντικειμένων
• Τυχαία πρόσβαση
• Σύστημα αρχείων

Δευτερεύουσα μνήμη

Τα προγράμματα συχνά πρέπει να μεταφέρουν τα δεδομένα τους σε δευτερεύουσα μνήμη (μονάδα SSD, μαγνητικό δίσκο, CD/DVD, μνήμη USB, κάρτα μνήμης, ταινία). Οι λόγοι που το επιβάλλουν αυτό είναι οι παρακάτω:

• Η διατήρηση (persistence) των δεδομένων.
• Η επικοινωνία με άλλα προγράμματα.
• Οι απαιτήσεις για μεγαλύτερη χωρητικότητα.

Η διαδικασία μεταφοράς των δεδομένων μεταξύ του προγράμματος και εξωτερικών συσκευών καλείται είσοδος/έξοδος (input/output) ή Ε/Ε (I/O).

Παράσταση δεδομένων

• Δυαδική (σύμφωνα με την εσωτερική παράσταση)
  • Αποδοτική
  • Δυσανάγνωστη
  • Συχνά μη μεταφέρσιμη
• Ως κείμενο (σύμφωνα με τη μορφή που καταλαβαίνει ο άνθρωπος και την εσωτερική παράσταση των χαρακτήρων)

Παραδείγματα παράστασης

Παράσταση αριθμών κινητής υποδιαστολής

Ομαδοποίηση δεδομένων

• Με παράθεση των δεδομένων δυαδικής μορφής
• Σε πεδία κειμένου σταθερού μήκους
• Σε πεδία κειμένου με διαχωριστικό
• Με τη χρήση XML, JSON, YAML

Παράδειγμα: ομαδοποίηση πεδίων σταθερού μήκους

Παράδειγμα: ομαδοποίηση πεδίων με διαχωριστικό

Αρχείο /etc/passwd στο λειτουργικό σύστημα Unix

root:*:0:0:Charlie Root:/root:/bin/csh
dds:*:1000:1000:Diomidis Spinellis:/home/dds:/usr/local/bin/bash
nutmon:*:1056:1056:NUT UPS monitor unprivileged user:/nonexistent:/usr/sbin/nologin
sgrig:*:1001:1001:Stavros Grigorakakis:/home/sgrig:/usr/local/bin/bash
archie:*:1002:1002:Achilleas Anagnostopoulos:/home/archie:/usr/local/bin/bash
path:*:1003:1003:Stephanos Androutselis:/home/path:/usr/local/bin/bash

Τιμοκατάλογος της Microsoft (CSV)

Product Description,1st AP Non-Platform,1st AP Platform,2nd AP Non-Platform,2nd AP Platform,3rd AP Non-Platform,3rd AP Platform,Non-Platform,Platform,,,,,,,
OFFICE FAMILY,,,,,,,,,,
Office Enterprise Listed Lic/SA Pack MVL,76J-01468,76J-01637, 190.31 , 161.77 , 190.31 , 161.77 , 190.31 , 161.77 ,,
Office Enterprise Listed SA MVL,76J-01552,76J-01640, 98.96 , 94.02 , 98.96 , 94.02 , 98.96 , 94.02 ,,
Office Enterprise Listed SA Step Up MVL from Office Pro,76J-01510,76J-00002, 34.51 , 29.33 , 34.51 , 29.33 , 34.51 , 29.33 ,,,,,,,
Office Professional Plus Listed Lic/SA Pack MVL,269-05924,269-12441, 155.81 , 132.45 , 155.81 , 132.45 , 155.81 , 132.45 ,,,,,,,
Office Professional Plus Listed SA MVL,269-05925,269-12444, 81.02 , 76.97 , 81.02 , 76.97 , 81.02 , 76.97 ,,,,,,,
WINDOWS FAMILY,,,,,,,,,,,,,,,
Windows Vista Business Listed Upg/SA Pack MVL w/VisEnterprise,66J-00588,66J-00579, 48.01 , 40.81 , 48.01 , 40.81 , 48.01 , 40.81 ,,,,,,,
Windows Vista Business Listed SA MVL w/VisEnterprise,66J-00844,66J-00582, 31.76 , 30.17 , 31.76 , 30.17 , 31.76 , 30.17 ,,,,,,,

Ανάγνωση δυαδικών δεδομένων

• Η κλάση FileInputStream(String name) μας επιτρέπει τη σύνδεση με ένα αρχείο για ανάγνωση δεδομένων.
• Η μέθοδος read διαβάζει ένα byte από το αρχείο (και επιστρέφει -1 στο τέλος του).
• Η μέθοδος close τερματίζει τη σύνδεσή μας με το αρχείο.
• Η κλάση BufferedInputStream(InputStream) μειώνει τις προσβάσεις στο ΛΣ αυξάνοντας την απόδοση.
• Η κλάση BufferedInputStream επίσης παρέχει μεθόδους read, close.
• Η κλάση DataInputStream κατασκευάζεται με βάση μια InputStream και παρέχει μεθόδους readInt, readDouble, readBoolean, κ.λπ.

Αυτόματη αποδέσμευση πόρων

• Η σύνδεση με αρχεία, βάσεις δεδομένων κ.λπ. δεσμεύει πόρους του λειτουργικού συστήματος και άλλου λογισμικού. Οι πόροι αυτοί αποδεσμεύονται με την κλήση της μεθόδου close πάνω στο αντίστοιχο αντικείμενο.
• Η εντολή try(v = …) επιτρέπει τη δημιουργία ενός ή περισσοτέρων αντικειμένων, μέσω της δήλωσης και ανάθεσης τιμών σε μεταβλητές.
• Όσα από τα αντικείμενα αυτά υλοποιούν τη διεπαφή AutoCloseable, απελευθερώνουν αυτόματα τους δεσμευμένουν πόρους, καλώντας αυτόματα την αντίστοιχη μέθοδο close.
• Καλό είναι να χρησιμοποιούμε πάντα την τεχνική αυτή για να αποφεύγουμε τη διαρροή πόρων (resource leak).

Παράδειγμα: ανάγνωση byte

import java.io.*;

/**
 * Count and display the number of bytes in the specified file
 * @author Diomidis Spinellis
 */
class ByteCount {
    public static void main(String args[]) {
	if (args.length != 1) {
	    System.err.println("Usage: ByteCount file");
	    System.exit(1);
	}

	// Try with resources; will auto-close in
	try (var in = new BufferedInputStream(new FileInputStream(args[0]))) {

            // Count bytes
            int count = 0;
	    int b;
	    while ((b = in.read()) != -1)
		count++;

            System.out.println(count);
	} catch (FileNotFoundException e) {
	    System.err.println("Unable to open file " + args[0] + ": " + e.getMessage());
	    System.exit(1);
	} catch (IOException e) {
	    System.err.println("Error reading byte: " + e.getMessage());
	    System.exit(1);
	}

    }
}

Εγγραφή δυαδικών δεδομένων

• Η κλάση FileOutputStream μας επιτρέπει τη σύνδεση με ένα αρχείο για εγγραφή δεδομένων.
• Η μέθοδος write γράφει ένα byte στο αρχείο.
• Η μέθοδος close τερματίζει τη σύνδεσή μας με το αρχείο.
• Η κλάση BufferedOutputStream μειώνει τις προσβάσεις στο ΛΣ αυξάνοντας την απόδοση.
• Η κλάση BufferedOutputStream κατασκευάζεται με βάση μια OutputStream και παρέχει μεθόδους read, close.
• Η κλάση DataOutputStream κατασκευάζεται με βάση μια OutputStream και παρέχει μεθόδους writeInt, writeDouble, writeBoolean, κ.λπ.

Παράδειγμα: εγγραφή εικόνας

import java.io.*;

/**
 * Create a 256*256 24-bit color PNM RGB file containing all combinations
 * of R and G.
 * @author Diomidis Spinellis
 */
class ColorWrite {

    /** Write the specified ASCII string to out as bytes */
    static void writeStringAsBytes(OutputStream out, String s) throws IOException {
        for (int i = 0; i < s.length(); i++)
                out.write((byte)s.charAt(i));
    }

    public static void main(String args[]) {
	final String fileName = args[0];

	// Open file; try with resources
	try (var out =
                new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(fileName))) {
            // NetPBM PPM 24-bit color file header
            // https://netpbm.sourceforge.net/doc/ppm.html
            writeStringAsBytes(out, "P6 256 256 255 ");
	    for (int r = 0; r < 256; r++)
		for (int g = 0; g < 256; g++) {
		    out.write(r);
		    out.write(g);
		    out.write(0);
		}
	} catch (FileNotFoundException e) {
	    System.err.println("Unable to open file " + fileName
		+ ": " + e.getMessage());
	    System.exit(1);
	} catch (IOException e) {
	    System.err.println("Error writing byte: " + e.getMessage());
	    System.exit(1);
	}
    }
}

Παράδειγμα: αρχείο PNG

Ανάγνωση χαρακτήρων

• Η κλάση InputStreamReader(FileInputStream fi, String charsetName) μας επιτρέπει τη σύνδεση με ένα αρχείο για ανάγνωση χαρακτήρων.
• Το όνομα της κωδικοσελίδας (code page) (αν περιληφθεί) προδιαγράφει την κωδικοποίηση των χαρακτήρων του αρχείου.
• Η μέθοδος read διαβάζει ένα χαρακτήρα από το αρχείο (και επιστρέφει -1 στο τέλος του).
• Η μέθοδος close τερματίζει τη σύνδεσή μας με το αρχείο.
• Η κλάση BufferedReader(Reader) μειώνει τις προσβάσεις στο ΛΣ αυξάνοντας την απόδοση.
• Η κλάση BufferedReader παρέχει μεθόδους read, readLine, close.

Παρένθεση: κωδικοποίηση ελληνικών χαρακτήρων

• windows-1253: Αρχεία Windows (όχι Unicode)
• x-IBM737: Παλιά αρχεία DOS
• UTF-8: Αρχεία Unix, XML, Web Unicode
• x-UTF-16LE-BOM: Αρχεία Windows Unicode
• ISO-8859-7: Αρχεία Unix και άλλων συστημάτων (όχι Unicode)

Διαθέσιμες κωδικοποιήσεις

import java.nio.charset.Charset;
import java.util.SortedMap;

/**
 * List the available character set encodins.
 * @author Diomidis Spinellis
 */
class ListCharset {
    public static void main(String args[]) {
        SortedMap<String,Charset> ac = Charset.availableCharsets();

        for (String k : ac.keySet())
            System.out.println(k);
    }
}

Παράδειγμα: κατηγοριοποίηση χαρακτήρων

import java.io.*;
import java.util.*;
import java.lang.Character.UnicodeBlock;

/**
 * Count and display for the specified input file
 * the number of characters contained in various Unicode blocks .
 * @author Diomidis Spinellis
 */
class CharCount {
    public static void main(String args[]) {
	if (args.length != 2) {
	    System.err.println("Usage: CharCount file encoding");
	    System.exit(1);
	}

	// Open file; try-with-resources
	try (var in = new BufferedReader(new InputStreamReader(
                        new FileInputStream(args[0]), args[1]))) {

            // Count characters in blocks
            var count = new HashMap<Character.UnicodeBlock, Integer>();
	    int c;
	    while ((c = in.read()) != -1) {
		var u = Character.UnicodeBlock.of(c);
		    Integer oldN = count.get(u);
		    if (oldN == null)
			count.put(u, 1);
		    else
			count.put(u, oldN + 1);
	    }

            // Display results
            for (var s : count.entrySet())
                System.out.println(s.getKey() + ": " + s.getValue());
	} catch (FileNotFoundException e) {
	    System.err.println("Unable to open file " + args[0] + ": " + e.getMessage());
	    System.exit(1);
	} catch (UnsupportedEncodingException e) {
	    System.err.println("Unsupported encoding " + args[1] + ": " + e.getMessage());
	} catch (IOException e) {
	    System.err.println("Error reading character: " + e.getMessage());
	    System.exit(1);
	}

    }
}

Εγγραφή χαρακτήρων

• Η κλάση OutputStreamWriter(FileOutputStream fo, String charsetName) μας επιτρέπει τη σύνδεση με ένα αρχείο για εγγραφή χαρακτήρων.
• Το όνομα της κωδικοσελίδας (αν περιληφθεί) προδιαγράφει την κωδικοποίηση των χαρακτήρων του αρχείου.
• Η μέθοδος write γράφει ένα χαρακτήρα στο αρχείο.
• Η μέθοδος close τερματίζει τη σύνδεσή μας με το αρχείο.
• Η κλάση BufferedWriter(Writer) μειώνει τις προσβάσεις στο ΛΣ αυξάνοντας την απόδοση.
• Η κλάση BufferedWriter παρέχει μεθόδους write, newLine, close.
• Η κλάση PrintWriter παρέχει μεθόδους print και println για τη μορφοποίηση συγκεκριμένων τύπων: print | println(char|int|double|String|Object)
• Η κλάση PrintWriter παρέχει επίσης τις μεθόδους printf και format για τη μορφοποίηση των αποτελεσμάτων.

E/E συμβολοσειρών, πινάκων· σωληνώσεις

• Πινάκων, με τις κλάσεις ByteArrayInputStream, ByteArrayOutputStream, CharArrayReader, CharArrayWriter.
• Συμβολοσειρών, με τις κλάσεις StringReader και StringWriter.
• Σωληνώσεων (για επικοινωνία με άλλα νήματα), με τις κλάσεις PipedInputStream, PipedOutputStream, PipedReader, PipedWriter.

Σειριακοποίηση αντικειμένων

• Οι κλάσεις ObjectOutputStream και ObjectInputStream επιστρέπουν τη φύλαξη αντικειμένων σε αρχείο, και την ανάγνωσή τους από αυτό.
• Οι αντίστοιχες μέθοδοι είναι readObject και writeObject.
• Η διαδικασία αυτή ονομάζεται σειριακοποίηση (serialization).

Δόκιμες λύσεις φύλαξης αντικειμένων

Για να έχουμε συμβατότητα ανάμεσα σε διαφορετικές εκδόσεις του προγράμματος, καλύτερα είναι όταν έχουμε να αποθηκεύσουμε σύνθετες δομές να χρησιμοποιήσουμε μια εναλλακτική λύση, όπως:

• Μια σχεσιακή βάση δεδομένων.
• Μια σχεσιακή βάση δεδομένων μέσω βιβλιοθήκης απεικόνισης π.χ. Hibernate (https://en.wikipedia.org/wiki/Hibernate_(framework)).
• Ένα αρχείο XML, JSON, YAML.

Ανακεφαλαίωση σειριακής πρόσβασης

Αρχεία τυχαίας πρόσβασης

• Η κλάση RandomAccessFile επιτρέπει την τυχαία πρόσβαση σε οποιδήποτε σημείο του αρχείου.
• Η μέθοδος seek(long pos) επιτρέπει τη μετάβαση σε ένα ορισμένο σημείο.
• Η μέθοδος getFilePointer() επιστρέφει τη θέση που βρισκόμαστε.
• Μέθοδοι με ονόματα ίδια με αυτά της κλάσης DataInputStream επιτρέπουν την ανάγνωση στοιχείων.
• Μέθοδοι με ονόματα ίδια με αυτά της κλάσης DataOutputStream επιτρέπουν την εγγραφή στοιχείων.

Η διεπαφή NIO

• Επικοινωνία μέσω ενταμιευτών έναντι ροών
• Κλήσεις που δεν μπλοκάρουν
• Τη δυνατότητα παρακολούθησης πολλαπλών αρχείων

Πρόσβαση στο σύστημα αρχείων

exists

Ελέγχει την ύπαρξη ενός αρχείου.

delete

Διαγράφει ένα αρχείο.

lastModified

Επιστρέφει το χρόνο της τελευταίας αλλαγής στο αρχείο.

renameTo

Μετονομάζει ένα αρχείο

length

Επιστρέφει το μήκος ενός αρχείου

list

Επιστρέφει τα αρχεία που βρίσκονται σε ένα φάκελο.

mkdir

Δημιουργεί ένα νέο φάκελο

getFreeSpace

Επιστρέφει τον ελεύθερο χώρο στο δίσκο.

Άσκηση: επεξεργασία αρχείου κειμένου

Άσκηση 8

Μπορείτε να κατεβάσετε το αντίστοιχο αρχείο και να στείλετε τους βαθμούς σας από τους δεσμούς που βρίσκονται στη σελίδα των ασκήσεων.

Βιβλιογραφία

• Joyce Farrell. Java: Εκμάθηση με πρακτικά παραδείγματα. 2η έκδοση. Εκδόσεις Κριτική, Αθήνα 2024. Κεφ. 11.
• Rogers CadenheadΠλήρες εγχειρίδιο της Java 12Όγδοη έκδοση. Εκδόσεις Μ. Γκιούρδας, Αθήνα 2023. Κεφ. 16.
• Herbert Schildt. Οδηγός της Java 7. 5η έκδοση. Εκδόσεις Γκιούρδας Μ., Αθήνα 2012. Κεφ. 10.
• Harvey M. Deitel και Paul J. Deitel. Java Προγραμματισμός, 6η έκδοση. Εκδόσεις Μ. Γκιούρδας, Αθήνα 2005. Κεφάλαιo 14.
• Else Lervik και Vegard B. Havdal Java με UML. Εκδόσεις Κλειδάριθμος 2005. Κεφάλαιο 11.
• Herbert Schildt Herb Schild's Java έτοιμες συνταγές Εκδόσεις Μ. Γκιούρδας, Αθήνα 2009. κεφ. 3

• David Flanagan. Java in a Nutshell, chapter The java.io Package. O'Reilly and Associates, Sebastopol, CA, 1997.
• Matt Parker. Stand-up comedy routine about spreadsheets.
• Rob Pike and Ken Thompson. Hello world (http://plan9.bell-labs.com/sys/doc/utf.html). In Dan Geer, editor, USENIX Technical Conference Proceedings, pages 43–50, Berkeley, CA, Winter 1993. USENIX Association.
• Diomidis Spinellis. Greek character encoding for electronic mail messages. Network Information Center, Request for Comments 1947, May 1996. RFC-1947.

Παράρτημα: Παράσταση ελληνικών χαρακτήρων

Παράρτημα: το πρότυπο ASCII

Περιεχόμενα