第11週：ファイル

11. 1 ファイルについて復習
11. 2 ファイルの開け閉め
11. 3 練習問題
11. 4 標準入力
11. 5 練習問題
11. 6 宿題
11. 7 おまけ

11.1 ファイルについて復習

ファイルとは、ディスクに記憶するひとまとまりのデータです。情報処理 Iaで習ったことを復習しておきましょう。

プログラムが動いている間は、データは変数に記憶されていますが、プログラムが終了すると、変数に入っているデータは消えてしまいます。ずっと残しておきたいデータは、ファイルに記憶させなければなりません。例えば emacs では、バッファの内容はファイルに保存しないと消えてしまいます。

11.2 ファイルの開け閉め

プログラムで、ファイルに書いてあるデータを読み取ったり、ファイルに書き込んだりするには、次のような手順が必要です。

使いたいファイル名を指定して、ファイルを「開く(open)」という操作をします。これは、ディスクの中でそのファイルの置場所を探し出し、データを読み書きする準備を整えます。
ファイルの中身を読んだり、ファイルにデータを書き込んだりします。
最後に、ファイルを「閉じる(close)」という操作をします。これは、もうこのファイルを使わないという合図をし、後片付けをします。

それでは、Java でテキストファイルの内容を標準出力に出すプログラムを見てみましょう。これは、UNIX コマンドの cat の基本的な機能と同じです。
バイナリファイルの内容を読み書きするには、少し違う方法が必要です。以下ではテキストファイルだけを扱います。

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

import java.io.*; public class Cat { public static void main(String arg[]) throws FileNotFoundException, IOException { BufferedReader in = new BufferedReader(new FileReader(arg[0])); while(in.ready()) { String s = in.readLine(); System.out.println(s); } in.close(); } }

1行目：import java.io.*;

他の場所で宣言されている、ファイル入出力のためのクラスを使うという印です。

4行目：throws FileNotFoundException, IOException

ファイルを扱う時は、いろいろと予期しない出来事(例外)が起きる可能性があります。例えば、指定したファイル名のファイルが存在しないとか、アクセス権がなくて読み書きできないとかいうことがあります。
そのような例外が起きたときにどうするかという対処法を、あらかじめプログラムの中に書いておかなければなりません。
throws は、その後に書いてある例外が起きた時は、このメソッドを中断して、メソッドを呼び出したところへ戻り、そこで指定されている対処法に従うということを表します。
main メソッドは java コマンドから呼び出されているので、結局プログラムを終了することになります。

5行目：new FileReader(arg[0])

arg[0] は java コマンドでクラス名の次の引数で、ここではファイル名を書くことを想定しています。
FileReader クラスは、テキストファイルの内容を読み取るためのクラスです。ファイル名を指定してインスタンスを作ると、そのファイルを開く操作をします。

5行目：new BufferedReader(...)

FileReader クラスのインスタンスを引数として、BufferedReader クラスのインスタンスを作ります。
FileReader クラスのインスタンスを使って文字を読むのは、品物を注文するたびに工場から配達するようなもので、効率が悪いです。普通は小売店に在庫を置き、在庫がなくなるとある程度の数量をまとめて配達しますが、BufferedReader クラスのインスタンスは、在庫を置く小売店のような役割をします。

6行目：while( in.ready() ) {

while 文は、括弧の中の条件が true である間、後のブロックを繰り返し実行します。詳しくはこちらを見てください。
BufferedReader クラスのインスタンスの ready メソッドは、ファイルの中にまだ読む文字が残っていると true を返します。ファイルの最後まで読んでしまうと false を返します。
7行目：in.readLine()
- BufferedReader クラスのインスタンスの readLineメソッドは、ファイルから一行分(改行文字に挟まれた部分)の文字列を読み込んで返します。
10行目：in.close()
- BufferedReader クラスのインスタンスの close メソッドは、ファイルを閉じます。

日本語ファイルを読み書きするときは、どの文字コードを使っているかを指定しなければなりません。上のやり方では、その指定が省略されています。省略した場合のデフォールトは、CNS では EUC-JP になっていますので、ファイルの文字コードを変換しなければいけない場合があります。自分で指定したい場合は、InputStreamReader クラスを使用します。

11.3 練習問題

ファイルの中から、指定した文字列を含む行だけを抜き出して表示するプログラムを作りましょう。これは、UNIX の grep コマンドの基本的な機能と同じです。
% java Grep set SfcTemplate1.java t1.setColumns(20); t2.setColumns(20); t2.setEditable(false); setLayout(new BorderLayout()); t2.setText(s); %

Cat.java をコピーして、Grep.java を作り、クラス名を Grep に変更します。
arg[0] は探索する文字列、arg[1] はファイル名とします。
文字列変数 s1 の内容に、文字列変数 s2 の内容が含まれているかどうか調べるには indexOf メソッドを使います。
```
    s1.indexOf(s2)
```
とすると、s1 の中で s2 が何文字目に出てくるか（出てこなければ -1）を結果として返します。したがって、
```
    s1.indexOf(s2) >= 0
```
が true ならば s1 の中に s2 が含まれていることになります。

11.4 標準入力

標準入力を管理するインスタンスは System.in という変数に入っています。しかし、これはバイト単位の入力しかできないので、使いにくいです。行単位の入力ができるようにするには、次のようにしてください。

    BufferedReader in
        = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));

InputStreamReader クラスは、バイトから文字への変換を行います。ここでは省略していますが、文字コードを指定することもできます。
BufferedReader はさっきと同じで、まとまった量を取ってきて、在庫しておきます。

それでは、標準入力から読み込んだ文字列を指定されたファイルに書き込むプログラムを見てみましょう。

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

import java.io.*; public class Write { public static void main(String arg[]) throws FileNotFoundException, IOException { BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in)); PrintWriter out = new PrintWriter(new BufferedWriter(new FileWriter(arg[0]))); while (true) { String s = in.readLine(); if ( s == null ) { break; } out.println(s); } out.close(); } }

8行目：new FileWriter(arg[0])
- FileReader と同様にファイル名を指定して、書き込むための準備をします。
8行目：new BufferedWriter(...)
- BufferedReader と同様に、まとめて書き込むための倉庫です。
8行目：new PrintWriter(...)
- いろいろな型のデータを文字列に直して書き込んでくれます。
9行目：while (true)
- 繰り返しを続ける条件が true なので、永久に繰り返します。
- 実際には、この後で説明する break によって繰り返しを終了します。
11行目：s == null
- null は、オブジェクトが無いことを表す特別の値です。
- readLine メソッドは、読むデータが無い時に nullを返します。キーボードの場合は、C-d (コントロールD)がデータの終了を表す特別な文字です。
12行目：break;
- 最も内側の繰り返しを強制的に終了させます。
- if 文の中にありますから、条件が成り立ったとき(この場合はC-d を入力したとき)に繰り返しが終了します。

11.5 練習問題

標準入力から数値をいくつか読み込んで、その合計を標準出力に出すプログラムを書いてみましょう。

数値を読み込むとき、画面に何も出ないと、ユーザは何をしていいか分かりません。そこで、「キーボードから何か入力してください」という意味の文字列を表示します。このような文字列を入力促進記号(プロンプト)と呼びます。ここでは、number? という文字列を表示することにしましょう。ユーザが数値を入力すれば、また次のプロンプトを出します。C-d を入力すれば、それまでの数値の合計を表示します。
% java Sum number? 1 number? 2 number? 3 number? sum = 6 %

合計を記憶する int 型の変数を用意しましょう。最初の値は0 です。
標準出力に "number? " を出力してから、標準入力から1行読み込みます。
入力が null なら繰り返しを終了します。
入力が null でなければ、文字列から整数に変換して、今までの合計に足し、新しい合計を記憶しておきます。
繰り返しが終わったら、その時の合計の値を標準出力に出します。

11.6 宿題

Grep.java を変更し、複数のファイルを一度に指定できるようにしましょう。表示するときは、どのファイルの何行目かも分かるようにしましょう。例えば、Label という文字列が SfcTemplate1.java,SfcTemplate2.java, SfcTemplate3.java の中の何行目に現れるか知りたければ、次のようにします。
% java Grep Label SfcTemplate1.java SfcTemplate2.java SfcTemplate3.java SfcTemplate1.java:12: Label l1 = new Label("Input:"), l2 = new Label("Output:"); SfcTemplate2.java:13: Label l1 = new Label("Input:"); SfcTemplate3.java:14: Label l1 = new Label("No Title"); %

引数の個数は arg.length で分かります。
検索文字列は arg[0]、ファイル名は arg[1] から arg[arg.length - 1] までです。
それぞれのファイル名について、ファイルを開いて、1行ずつ読み込み、検索文字列が含まれているか調べます。
新しいファイルを開いたときに、行数を数える整数型の変数を用意します。最初の値は1で、1行読むたびに1増やします。
検索文字列が含まれていれば、現在のファイル名、行数、読み込んだ文字列を標準出力に出します。

11.7 おまけ

ファイルを他人に見られてもいいように、暗号化するプログラムを書きましょう。Encrypt.java は、ファイルの各文字の文字コードに1を足してから別のファイルに書き込みむようにします。Decrypt.java は、逆に文字コードから1を引いて別のファイルに書き込みむようにします。

普通のファイルを Encrypt.java で変換すると、意味不明の内容になります。これを Decrypt.java で変換すると、元の内容に戻ります。

1文字だけ読み込むには read メソッドを使います。返り値は文字コードを表す整数値です。
1文字だけ書き込むには write メソッドを使います。引数は文字コードを表す整数値です。

[目次] [前回] [次回] [重要語索引]

第11週： ファイル