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打印流

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打印流

概述

打印流（Print Stream）是Java IO中用于方便地输出各种数据类型的特殊流，主要包括PrintStream和PrintWriter两个类。它们提供了一系列重载的print()和println()方法，可以直接输出基本数据类型、对象和字符串等，而无需手动进行类型转换。打印流的特点是操作简便、支持自动刷新、不会抛出IOException（而是通过checkError()方法检查错误），是日常开发中输出数据的常用工具。

知识要点

1. 打印流的核心特点

打印流具有以下核心特点，使其在IO操作中广泛应用：

  • 多种数据类型输出：提供print()和println()方法的重载版本，支持输出基本数据类型、字符数组、字符串、对象等
  • 自动刷新机制：当启用自动刷新时，写入换行符（\n）、调用println()或format()方法后会自动刷新缓冲区
  • 异常处理机制：不抛出IOException，而是通过checkError()方法检查是否发生错误
  • 格式化输出：支持使用printf()方法进行格式化字符串输出，类似C语言的printf函数
  • 便捷性：无需手动转换数据类型，直接输出各种类型数据

2. PrintStream详解

PrintStream是字节打印流，继承自FilterOutputStream，主要用于处理字节输出：

import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.PrintStream;

/**
 * PrintStream示例
 * 演示字节打印流的基本用法
 */
public class PrintStreamExample {
    public static void main(String[] args) {
        String fileName = "printstream_demo.txt";
        
        // 创建PrintStream，指定文件输出流和自动刷新
        try (PrintStream ps = new PrintStream(new FileOutputStream(fileName), true)) {
            // 输出各种数据类型
            ps.print("整数: ");
            ps.println(123);
            
            ps.print("浮点数: ");
            ps.println(3.14159);
            
            ps.print("布尔值: ");
            ps.println(true);
            
            ps.print("字符: ");
            ps.println('A');
            
            ps.print("对象: ");
            ps.println(new Object());
            
            // 格式化输出
            ps.printf("格式化输出: 姓名=%s, 年龄=%d, 成绩=%.2f%n", "张三", 20, 95.5);
            
            System.out.println("数据写入完成！");
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
        // 标准输出流System.out就是PrintStream的实例
        System.out.println("这是标准输出流");
        System.err.println("这是标准错误流");
    }
}

3. PrintWriter详解

PrintWriter是字符打印流，继承自Writer，主要用于处理字符输出，支持指定字符编码：

import java.io.FileWriter;
import java.io.IOException;
import java.io.PrintWriter;
import java.nio.charset.StandardCharsets;

/**
 * PrintWriter示例
 * 演示字符打印流的基本用法
 */
public class PrintWriterExample {
    public static void main(String[] args) {
        String fileName = "printwriter_demo.txt";
        
        // 创建PrintWriter，指定文件写入器和自动刷新
        try (PrintWriter pw = new PrintWriter(new FileWriter(fileName), true)) {
            // 输出各种数据类型
            pw.print("Hello, ");
            pw.println("世界！"); // 支持 Unicode 字符
            
            pw.print("数组: ");
            pw.println(new int[]{1, 2, 3, 4, 5});
            
            // 格式化输出
            pw.printf("用户信息: ID=%d, 名称=%s, 状态=%b%n", 1001, "管理员", true);
            
            System.out.println("字符数据写入完成！");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
        // 创建指定编码的PrintWriter
        try (PrintWriter pw = new PrintWriter(fileName, StandardCharsets.UTF_8.name())) {
            pw.println("使用指定编码写入的文本: 你好，世界！");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

4. 自动刷新机制

打印流的自动刷新功能可以通过构造方法启用，当满足特定条件时自动刷新缓冲区：

import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.PrintStream;

/**
 * 打印流自动刷新示例
 */
public class AutoFlushExample {
    public static void main(String[] args) {
        ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
        
        // 第二个参数为true表示启用自动刷新
        try (PrintStream ps = new PrintStream(baos, true)) {
            // 情况1: 使用println()方法会触发自动刷新
            ps.println("这行内容会被自动刷新");
            System.out.println("缓冲区内容长度: " + baos.size());
            
            // 情况2: 输出包含换行符的字符串不会触发自动刷新
            ps.print("这行内容不会被自动刷新\n");
            System.out.println("缓冲区内容长度: " + baos.size());
            
            // 情况3: 使用printf()方法输出包含换行符会触发自动刷新
            ps.printf("这行内容会被自动刷新%n");
            System.out.println("缓冲区内容长度: " + baos.size());
            
            // 情况4: 调用flush()方法手动刷新
            ps.print("这行内容需要手动刷新");
            ps.flush();
            System.out.println("缓冲区内容长度: " + baos.size());
        }
    }
}

5. 格式化输出详解

打印流提供了强大的格式化输出功能，通过printf()方法实现：

import java.io.PrintWriter;
import java.util.Date;

/**
 * 打印流格式化输出示例
 */
public class FormatOutputExample {
    public static void main(String[] args) {
        try (PrintWriter pw = new PrintWriter(System.out)) {
            // 格式化整数
            pw.printf("十进制: %d, 八进制: %o, 十六进制: %x%n", 255, 255, 255);
            
            // 格式化浮点数
            pw.printf("默认浮点: %f, 保留两位小数: %.2f, 科学计数法: %e%n", 3.14159, 3.14159, 3.14159);
            
            // 格式化字符串
            pw.printf("姓名: %s, 年龄: %d%n", "张三", 25);
            
            // 格式化日期时间
            pw.printf("当前时间: %tF %tT%n", new Date(), new Date());
            
            // 格式化宽度和对齐
            pw.printf("左对齐: %-10s 右对齐: %10s%n", "左侧", "右侧");
            
            // 格式化百分比
            pw.printf("成功率: %.2f%%%n", 98.76);
        }
    }
}

知识扩展

设计思想

打印流体现了以下设计思想和模式：

  1. 装饰器模式：包装其他输出流，添加打印和格式化功能
  2. 简化接口模式：提供简单易用的接口，隐藏底层复杂的转换细节
  3. 责任分离原则：将数据输出和格式化的责任分离到专门的类中
  4. 便利性设计：以开发者友好为目标，提供直观的API设计

避坑指南

  1. 异常处理问题：

    • 打印流不会抛出IOException，必须主动调用checkError()方法检查错误
    • checkError()方法会刷新流，可能导致之前未检测到的错误被发现
    • 建议在关键操作后调用checkError()验证操作是否成功

  2. 自动刷新陷阱：

    • 自动刷新仅在调用println()、printf()或format()方法时生效，普通print()方法不会触发
    • 自动刷新需要在构造方法中显式启用（第二个参数设为true）
    • 输出包含\n的字符串不会触发自动刷新

  3. 字符编码问题：

    • PrintStream使用平台默认编码，可能导致跨平台字符问题
    • 处理字符数据时优先使用PrintWriter并显式指定编码
    • 创建PrintWriter时使用new PrintWriter(file, charset)构造方法确保编码一致

  4. 资源关闭问题：

    • 确保正确关闭打印流，否则可能导致缓冲区数据未写入
    • 优先使用try-with-resources语句自动管理资源
    • 关闭打印流会自动关闭其包装的底层输出流

深度思考题

思考题1：如何重定向System.out和System.err输出到文件？

思考题回答： 可以通过System.setOut()和System.setErr()方法重定向标准输出流：

import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.PrintStream;

/**
 * 重定向标准输出流示例
 */
public class RedirectSystemOutExample {
    public static void main(String[] args) {
        String logFile = "system_out.log";
        String errFile = "system_err.log";
        
        // 保存原始输出流
        PrintStream originalOut = System.out;
        PrintStream originalErr = System.err;
        
        try {
            // 重定向System.out到文件
            System.setOut(new PrintStream(logFile));
            // 重定向System.err到文件
            System.setErr(new PrintStream(errFile));
            
            // 测试输出
            System.out.println("这行内容会写入到日志文件");
            System.err.println("这行错误信息会写入到错误日志文件");
            
            // 故意产生一个错误
            int division = 1 / 0;
        } catch (FileNotFoundException | ArithmeticException e) {
            // 错误信息会写入到重定向的错误日志
            e.printStackTrace();
        } finally {
            // 恢复原始输出流
            System.setOut(originalOut);
            System.setErr(originalErr);
            System.out.println("输出流已恢复正常");
        }
    }
}

思考题2：PrintStream和PrintWriter有哪些主要区别？在实际开发中如何选择？

思考题回答： PrintStream和PrintWriter的主要区别及选择依据：

特性PrintStreamPrintWriter
流类型字节流字符流
继承关系继承自FilterOutputStream继承自Writer
编码支持使用平台默认编码，不支持显式指定支持显式指定字符编码
构造方法接受OutputStream接受Writer或OutputStream
方法差异提供write(byte[])方法提供write(int c)和write(char[])方法
错误处理checkError()返回booleancheckError()返回boolean
自动刷新支持支持
格式化输出支持printf()支持printf()
标准流System.out和System.err是PrintStream实例无对应的标准流

选择建议：

  • 当处理字节数据或需要与标准输出流交互时，使用PrintStream
  • 当处理字符数据且需要控制编码时，优先使用PrintWriter
  • 写入文件时推荐使用PrintWriter并指定编码，如new PrintWriter(file, StandardCharsets.UTF_8)
  • 网络编程中，根据数据类型选择：二进制数据用PrintStream，文本数据用PrintWriter
  • 跨平台应用必须使用PrintWriter并显式指定编码，避免依赖平台默认编码
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