最初に，下図Fig.2のバイトデータ入力ストリーム系のクラス群を見てみよう。(下図をクリックすると授業で扱わないクラスは非表示になる)
| プログラミング応用b 第5回 『ファイル入出力の基礎1』 - 3. バイトデータ入力系ストリーム |
では，「バイトデータ入力系ストリーム」から説明する。
■3.1 バイトデータ入力系統ストリームの関連クラス群
最初に，下図Fig.2のバイトデータ入力ストリーム系のクラス群を見てみよう。(下図をクリックすると授業で扱わないクラスは非表示になる)
■3.2 スーパークラスInputStream
まず，バイトデータ入力ストリーム系のスーパークラスとして，InputStreamがある。
InputStreamは，バイトデータ用の入力ストリームが備えるべき基本的なメソッドを定義
している抽象クラスである。これらのメソッドを下表Table 1に示す。
重要なメソッドとしては，開いたストリームをクローズするclose( )，ストリームからバイト
データを読み込む3つのread( )がある。引数無しのread( )メソッドは読み込みに成功すると，
読み込んだバイトデータ(1バイトのbyte型データ)を4バイトのint型データの末尾に格納し，
int型データとして返す(下図(1))。もし，ストリームの終端に達して読み込みに失敗すると，整数値
-1を返す(下図(2))。
その他，入力データを指定した数だけ読み飛ばすメソッドskip( )もある。
また，バイトデータ入力ストリームによっては，マーク機能を持つものもある。これらマーク
機能に関するメソッドもInputStreamクラスで定義されている。
| コラム マーク機能とは，ストリームからデータを入力しているとき，マークを設定すると，後でそのマーク位置 まで戻って再びデータを再入力できるようにする機能である。mark( )メソッドを呼び出すと，現在の読み 込み位置にマークが設定される。そして，reset( )メソッドを呼び出すと，最後に設定したマーク位置まで 読み込み位置が戻され，そこから再度読み込みが開始される。 実際には，マークを設定した時点からreset( )が呼び出されるまでに入力したデータをストリームオブジェ クトが保存しておくことで，このマーク機能は実現されている。最大どれだけのデータを憶えておくように するか指定できるmark( )メソッドも用意されている。すべてのストリームでマーク機能が使えるわけではな く，マーク機能を持っているストリームでは，markSupported( )メソッドがtrueを返すようになっている。 |
■3.3 バイト入力用の基本ストリーム
では，Fig.2にもどって，今度はInputStreamのサブクラスを見てみよう。Fig.2を再掲する。(下図をクリックすると授業で扱わないクラスは非表示になる)
InputStream のサブクラスは，2つのグループわけられる。ひとつは，本当の意味でのストリ
ームで，ここでは便宜的に“基本ストリーム”と呼ぶことにする。もうひとつのグループは，
他のストリームに付加機能をつけるためのストリームで，ここで便宜的にラッパストリームと呼
ぶことにする。
バイトデータ入力ストリーム系の基本ストリームとしては， ByteArrayInputStream， FileInputStream，
PipedInputStream の3つがあることが上図で分かる。このうち，授業で扱う FileInputStream に関して
のみ次に説明する。
○FileInputStream
FileInputStream は，ファイルからのバイトデータの読み込みを行う入力ストリームである。
主なコンストラクタとメソッドをTable 2-(2)に示す。コンストラクタの引数に使われるクラス
File は，ファイルを操作するためのユーティリティ(道具)を集めたクラスである。また，クラス
FileDescriptor は，特定のファイルを指定するファイル記述子と呼ばれるものである。ファイル
パス名の他に，これらを使ってファイルを指定・オープンすることも可能になっている。
また， getChannel( ) は，JDK1.4で導入された新しい入出力の仕組みで，ストリームのかわり
に使われるチャンネル(channel)を生成するメソッドである。この新しい入出力は java.nio パッ
ケージにまとめられている。実は現在では，チャンネルを入出力に使うのが推奨されているが，
Java誕生時より用意されており，未だによく使われているストリームの方を本授業では解説する。
(興味が有れば是非チャンネルについても自分で調べてみよ)
■3.4 バイト入力用のラッパストリームとその仕組み
前述のように，ラッパストリームとは，他のストリームに付加機能をつけるストリームである。
素のままのストリームは，利用者オブジェクトから read( ) メソッドを呼ばれることで外界から
入力されたデータを利用者オブジェクトに送り， close( ) メソッドを呼ばれることでストリーム
を閉じる(下図Fig.3-(1))。
ラッパストリームが元になるストリームに機能を付加する仕組みを上図Fig.3-(2)に示す。
まず，元になるストリームオブジェクトをラッパストリームオブジェクトが参照している。
そして，ラッパストリームのメソッドは，元のストリームのメソッドを呼び出している。
たとえば，
・ある利用者オブジェクトのメソッドが，ラッパストリームの read( ) メソッドを呼び出すと(Fig.3-①)，ラッパストリームの read( ) メソッドは，
参照している元のストリームの read( ) メソッドを呼び出す(Fig.3-②)。元のストリームの read( ) メソッドは，ストリームからデータ
を取り出し(Fig.3-③)，それを呼び出し元であるラッパストリームの read( ) メソッドに返す(Fig.3-④)。ラッパストリームの read( ) メソッドは，
返された入力データを呼び出し元のメソッドに返す(Fig.3-⑤)。
・同様に，利用者オブジェクトのメソッドがラッパストリームの close( ) メソッドを呼ぶと(Fig.3-⑥)，間接的に元のストリームの close( ) メソッドが
呼ばれることになる(Fig.3-⑦)。
このような仕組みによって，利用者オブジェクトにとっては，ラッパストリームが元のスト
リームを“包んで(wrap)”いるように見える。そのために，ラッパ(wrapper stream)ストリーム
と呼ぶのである。一般に，このラッパストリームクラスのように，他のクラスをラップする
クラスをラッパクラスとか，単にラッパと呼ぶ。なお，当然のなりゆきとして，ラッパス
トリームは元のストリームを引数とするコンストラクタを持つことになる。
そして，ラッパストリームは，元のストリームのメソッドを呼びながら，様々な追加処理
を行う機会を持つことができる。たとえば，Fig.3のラッパストリームの read( ) メソッドは，
元のストリームの read( ) メソッドが返してきたデータになにかしらの加工を施して，利用者
オブジェクトに加工結果のデータを返すように定義することが可能である。
つまり，利用者オブジェクトからすれば，このラッパストリームは，元のデータストリーム
に特定のデータ加工機能を付加したものに見えるということである。たとえば，暗号化された
データを復号化するラッパストリームを考えることが出来る(下図)。
このラッパストリームによる機能追加の仕掛けは，入力ストリームに対してだけではなく，
出力ストリームにも有効である。
では，Fig.2でふたたびバイト入力用のラッパストリーム群を見ていくことにしよう。バイト
入力用のラッパストリーム群には， InputStream をラップするラッパストリームとして，
・FilterInputStream
とそのサブクラスである
・DataInputStream
・BufferedInputStream
・PushbackInputStream
と，そのInputStreamの直接のサブクラスである
・ObjectInputStream
・SequenceInputStream
の計6個が用意されている。授業では，これらのうち最初の3つのクラス FilterInputStream,
DataInputStream, BufferedInputStream のみ扱う。まず，FilterInputStream から説明しよう。
○FilterInputStream
FilterInputStreamは，まさに元ストリームから入力するデータを加工(filtering)することを
目的としたラッパストリームである。元になる InputStream 型ストリームを引数とするコンス
トラクタを持っている(Table 2-(3))。
FilterInputStream 自身は何も加工を行わないが，サブクラスのためにデータ加工のための骨
組みをあたえている。そして，実際に様々な加工をするように定義されているのが，3つのサブ
クラス
・DataInputStream
・BufferedInputStream
・PushbackInputStream
である。
○DataInputStream
DataInputStreamは，主にプリミティブ型(基本型)を中心としたデータ値をストリームから
読み込む機能を，元のストリームに付加するラッパクラスである。そのため，プリミティブ型
を中心としたデータ値を読み込むためのメソッドを集めたインタフェイス DataInput を実装
している。
インタフェイス DataInput の詳細を，下表Table 3に示す。その他，コンストラクタや独自
のメソッドを，Table 2-(4)に示す。
○BufferedInputStream
BufferedInputStream は，元の入力ストリームにバッファ機能を付加するラッパクラスであ
る。ディスク装置などの入出力機器のデータアクセス速度は，メモリ上のデータへのアクセス
速度にくらべ，圧倒的に遅い。そのため，少量のデータを頻繁に読み込むなどすると，非常に
時間がかかってしまう(下図(1))。
そこで，バッファ(buffer)と呼ばれるメモリ上の領域に，まとまった量のデータをあらかじめ一期に読み込んでおき，
実際に読み込むときには，そのバッファからデータを入力するようにすれば，入力処理を高速化することができる（上図(2)）。
BufferedInputStream オブジェクトは，バッファ領域を確保して，バッファ機能を提供してくれるのである。
積極的に使うべきラッパストリームと言える。コンストラクタをTable 2-(5)に示す。
