【缓冲流、转换流、序列化流】

主要内容

缓冲流
转换流
序列化流
打印流

教学目标

能够使用字节缓冲流读取数据到程序
能够使用字节缓冲流写出数据到文件
能够明确字符缓冲流的作用和基本用法
能够使用缓冲流的特殊功能
能够阐述编码表的意义
能够使用转换流读取指定编码的文本文件
能够使用转换流写入指定编码的文本文件
能够说出打印流的特点
能够使用序列化流写出对象到文件
能够使用反序列化流读取文件到程序中

第一章缓冲流

昨天学习了基本的一些流，作为IO流的入门，今天我们要见识一些更强大的流。比如能够高效读写的缓冲流，能够转换编码的转换流，能够持久化存储对象的序列化流等等。这些功能更为强大的流，都是在基本的流对象基础之上创建而来的，就像穿上铠甲的武士一样，相当于是对基本流对象的一种增强。

1.1 概述

缓冲流,也叫高效流，是对4个基本的FileXxx 流的增强，所以也是4个流，按照数据类型分类：

字节缓冲流：BufferedInputStream，BufferedOutputStream
字符缓冲流：BufferedReader，BufferedWriter

缓冲流的基本原理，是在创建流对象时，会创建一个内置的默认大小的缓冲区数组，通过缓冲区读写，减少系统IO次数，从而提高读写的效率。

1.2 字节缓冲流

构造方法

public BufferedInputStream(InputStream in) ：创建一个新的缓冲输入流。
public BufferedOutputStream(OutputStream out)：创建一个新的缓冲输出流。

构造举例，代码如下：

// 创建字节缓冲输入流
BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("bis.txt"));
// 创建字节缓冲输出流
BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("bos.txt"));

效率测试

查询API，缓冲流读写方法与基本的流是一致的，我们通过复制大文件（375MB），测试它的效率。

基本流，代码如下：

public class BufferedDemo {public static void main(String[] args) throws FileNotFoundException {// 记录开始时间long start = System.currentTimeMillis();// 创建流对象try (FileInputStream fis = new FileInputStream("jdk9.exe");FileOutputStream fos = new FileOutputStream("copy.exe")){// 读写数据int b;while ((b = fis.read()) != -1) {fos.write(b);}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}// 记录结束时间long end = System.currentTimeMillis();System.out.println("普通流复制时间:"+(end - start)+" 毫秒");}
}十几分钟过去了...

缓冲流，代码如下：

public class BufferedDemo {public static void main(String[] args) throws FileNotFoundException {// 记录开始时间long start = System.currentTimeMillis();// 创建流对象try (BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("jdk9.exe"));BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("copy.exe"));){// 读写数据int b;while ((b = bis.read()) != -1) {bos.write(b);}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}// 记录结束时间long end = System.currentTimeMillis();System.out.println("缓冲流复制时间:"+(end - start)+" 毫秒");}
}缓冲流复制时间:8016 毫秒

如何更快呢？

使用数组的方式，代码如下：

public class BufferedDemo {public static void main(String[] args) throws FileNotFoundException {// 记录开始时间long start = System.currentTimeMillis();// 创建流对象try (BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("jdk9.exe"));BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("copy.exe"));){// 读写数据int len;byte[] bytes = new byte[8*1024];while ((len = bis.read(bytes)) != -1) {bos.write(bytes, 0 , len);}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}// 记录结束时间long end = System.currentTimeMillis();System.out.println("缓冲流使用数组复制时间:"+(end - start)+" 毫秒");}
}
缓冲流使用数组复制时间:666 毫秒

1.3 字符缓冲流

构造方法

public BufferedReader(Reader in) ：创建一个新的缓冲输入流。
public BufferedWriter(Writer out)：创建一个新的缓冲输出流。

构造举例，代码如下：

// 创建字符缓冲输入流
BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("br.txt"));
// 创建字符缓冲输出流
BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new FileWriter("bw.txt"));

特有方法

字符缓冲流的基本方法与普通字符流调用方式一致，不再阐述，我们来看它们具备的特有方法。

BufferedReader：public String readLine(): 读一行文字。
BufferedWriter：public void newLine(): 写一行行分隔符,由系统属性定义符号。

readLine方法演示，代码如下：

public class BufferedReaderDemo {public static void main(String[] args) throws IOException {// 创建流对象BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("in.txt"));// 定义字符串,保存读取的一行文字String line  = null;// 循环读取,读取到最后返回nullwhile ((line = br.readLine())!=null) {System.out.print(line);System.out.println("------");}// 释放资源br.close();}
}

newLine方法演示，代码如下：

public class BufferedWriterDemo throws IOException {public static void main(String[] args) throws IOException  {// 创建流对象BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new FileWriter("out.txt"));// 写出数据bw.write("黑马");// 写出换行bw.newLine();bw.write("程序");bw.newLine();bw.write("员");bw.newLine();// 释放资源bw.close();}
}
输出效果:
黑马
程序
员

1.4 练习:文本排序

请将文本信息恢复顺序。

3.侍中、侍郎郭攸之、费祎、董允等，此皆良实，志虑忠纯，是以先帝简拔以遗陛下。愚以为宫中之事，事无大小，悉以咨之，然后施行，必得裨补阙漏，有所广益。
8.愿陛下托臣以讨贼兴复之效，不效，则治臣之罪，以告先帝之灵。若无兴德之言，则责攸之、祎、允等之慢，以彰其咎；陛下亦宜自谋，以咨诹善道，察纳雅言，深追先帝遗诏，臣不胜受恩感激。
4.将军向宠，性行淑均，晓畅军事，试用之于昔日，先帝称之曰能，是以众议举宠为督。愚以为营中之事，悉以咨之，必能使行阵和睦，优劣得所。
2.宫中府中，俱为一体，陟罚臧否，不宜异同。若有作奸犯科及为忠善者，宜付有司论其刑赏，以昭陛下平明之理，不宜偏私，使内外异法也。
1.先帝创业未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊，此诚危急存亡之秋也。然侍卫之臣不懈于内，忠志之士忘身于外者，盖追先帝之殊遇，欲报之于陛下也。诚宜开张圣听，以光先帝遗德，恢弘志士之气，不宜妄自菲薄，引喻失义，以塞忠谏之路也。
9.今当远离，临表涕零，不知所言。
6.臣本布衣，躬耕于南阳，苟全性命于乱世，不求闻达于诸侯。先帝不以臣卑鄙，猥自枉屈，三顾臣于草庐之中，咨臣以当世之事，由是感激，遂许先帝以驱驰。后值倾覆，受任于败军之际，奉命于危难之间，尔来二十有一年矣。
7.先帝知臣谨慎，故临崩寄臣以大事也。受命以来，夙夜忧叹，恐付托不效，以伤先帝之明，故五月渡泸，深入不毛。今南方已定，兵甲已足，当奖率三军，北定中原，庶竭驽钝，攘除奸凶，兴复汉室，还于旧都。此臣所以报先帝而忠陛下之职分也。至于斟酌损益，进尽忠言，则攸之、祎、允之任也。
5.亲贤臣，远小人，此先汉所以兴隆也；亲小人，远贤臣，此后汉所以倾颓也。先帝在时，每与臣论此事，未尝不叹息痛恨于桓、灵也。侍中、尚书、长史、参军，此悉贞良死节之臣，愿陛下亲之信之，则汉室之隆，可计日而待也。

案例分析

逐行读取文本信息。
解析文本信息到集合中。
遍历集合，按顺序，写出文本信息。

案例实现

public class BufferedTest {public static void main(String[] args) throws IOException {// 创建map集合,保存文本数据,键为序号,值为文字HashMap<String, String> lineMap = new HashMap<>();// 创建流对象BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("in.txt"));BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new FileWriter("out.txt"));// 读取数据String line  = null;while ((line = br.readLine())!=null) {// 解析文本String[] split = line.split("\\.");// 保存到集合lineMap.put(split[0],split[1]);}// 释放资源br.close();// 遍历map集合for (int i = 1; i <= lineMap.size(); i++) {String key = String.valueOf(i);// 获取map中文本String value = lineMap.get(key);// 写出拼接文本bw.write(key+"."+value);// 写出换行bw.newLine();}// 释放资源bw.close();}
}

第二章转换流

2.1 字符编码和字符集

字符编码

计算机中储存的信息都是用二进制数表示的，而我们在屏幕上看到的数字、英文、标点符号、汉字等字符是二进制数转换之后的结果。按照某种规则，将字符存储到计算机中，称为编码。反之，将存储在计算机中的二进制数按照某种规则解析显示出来，称为解码。比如说，按照A规则存储，同样按照A规则解析，那么就能显示正确的文本符号。反之，按照A规则存储，再按照B规则解析，就会导致乱码现象。

编码:字符(能看懂的)–字节(看不懂的)

解码:字节(看不懂的)–>字符(能看懂的)

字符编码Character Encoding : 就是一套自然语言的字符与二进制数之间的对应规则。

编码表:生活中文字和计算机中二进制的对应规则

字符集

字符集 Charset：也叫编码表。是一个系统支持的所有字符的集合，包括各国家文字、标点符号、图形符号、数字等。

计算机要准确的存储和识别各种字符集符号，需要进行字符编码，一套字符集必然至少有一套字符编码。常见字符集有ASCII字符集、GBK字符集、Unicode字符集等。[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-IZ3bV8iT-1644843261847)(img/1_charset.jpg)]

可见，当指定了编码，它所对应的字符集自然就指定了，所以编码才是我们最终要关心的。

ASCII字符集 ：
- ASCII（American Standard Code for Information Interchange，美国信息交换标准代码）是基于拉丁字母的一套电脑编码系统，用于显示现代英语，主要包括控制字符（回车键、退格、换行键等）和可显示字符（英文大小写字符、阿拉伯数字和西文符号）。
- 基本的ASCII字符集，使用7位（bits）表示一个字符，共128字符。ASCII的扩展字符集使用8位（bits）表示一个字符，共256字符，方便支持欧洲常用字符。
ISO-8859-1字符集：
- 拉丁码表，别名Latin-1，用于显示欧洲使用的语言，包括荷兰、丹麦、德语、意大利语、西班牙语等。
- ISO-8859-1使用单字节编码，兼容ASCII编码。
GBxxx字符集：
- GB就是国标的意思，是为了显示中文而设计的一套字符集。
- GB2312：简体中文码表。一个小于127的字符的意义与原来相同。但两个大于127的字符连在一起时，就表示一个汉字，这样大约可以组合了包含7000多个简体汉字，此外数学符号、罗马希腊的字母、日文的假名们都编进去了，连在ASCII里本来就有的数字、标点、字母都统统重新编了两个字节长的编码，这就是常说的"全角"字符，而原来在127号以下的那些就叫"半角"字符了。
- GBK：最常用的中文码表。是在GB2312标准基础上的扩展规范，使用了双字节编码方案，共收录了21003个汉字，完全兼容GB2312标准，同时支持繁体汉字以及日韩汉字等。
- GB18030：最新的中文码表。收录汉字70244个，采用多字节编码，每个字可以由1个、2个或4个字节组成。支持中国国内少数民族的文字，同时支持繁体汉字以及日韩汉字等。
Unicode字符集 ：
- Unicode编码系统为表达任意语言的任意字符而设计，是业界的一种标准，也称为统一码、标准万国码。
- 它最多使用4个字节的数字来表达每个字母、符号，或者文字。有三种编码方案，UTF-8、UTF-16和UTF-32。最为常用的UTF-8编码。
- UTF-8编码，可以用来表示Unicode标准中任何字符，它是电子邮件、网页及其他存储或传送文字的应用中，优先采用的编码。互联网工程工作小组（IETF）要求所有互联网协议都必须支持UTF-8编码。所以，我们开发Web应用，也要使用UTF-8编码。它使用一至四个字节为每个字符编码，编码规则：
  1. 128个US-ASCII字符，只需一个字节编码。
  2. 拉丁文等字符，需要二个字节编码。
  3. 大部分常用字（含中文），使用三个字节编码。
  4. 其他极少使用的Unicode辅助字符，使用四字节编码。

2.2 编码引出的问题

在IDEA中，使用FileReader 读取项目中的文本文件。由于IDEA的设置，都是默认的UTF-8编码，所以没有任何问题。但是，当读取Windows系统中创建的文本文件时，由于Windows系统的默认是GBK编码，就会出现乱码。

public class ReaderDemo {public static void main(String[] args) throws IOException {FileReader fileReader = new FileReader("E:\\File_GBK.txt");int read;while ((read = fileReader.read()) != -1) {System.out.print((char)read);}fileReader.close();}
}
输出结果：
���

那么如何读取GBK编码的文件呢？

2.3 InputStreamReader类

转换流java.io.InputStreamReader，是Reader的子类，是从字节流到字符流的桥梁。它读取字节，并使用指定的字符集将其解码为字符。它的字符集可以由名称指定，也可以接受平台的默认字符集。

构造方法

InputStreamReader(InputStream in): 创建一个使用默认字符集的字符流。
InputStreamReader(InputStream in, String charsetName): 创建一个指定字符集的字符流。

构造举例，代码如下：

InputStreamReader isr = new InputStreamReader(new FileInputStream("in.txt"));
InputStreamReader isr2 = new InputStreamReader(new FileInputStream("in.txt") , "GBK");

指定编码读取

public class ReaderDemo2 {public static void main(String[] args) throws IOException {// 定义文件路径,文件为gbk编码String FileName = "E:\\file_gbk.txt";// 创建流对象,默认UTF8编码InputStreamReader isr = new InputStreamReader(new FileInputStream(FileName));// 创建流对象,指定GBK编码InputStreamReader isr2 = new InputStreamReader(new FileInputStream(FileName) , "GBK");// 定义变量,保存字符int read;// 使用默认编码字符流读取,乱码while ((read = isr.read()) != -1) {System.out.print((char)read); // ��Һ�}isr.close();// 使用指定编码字符流读取,正常解析while ((read = isr2.read()) != -1) {System.out.print((char)read);// 大家好}isr2.close();}
}

2.4 OutputStreamWriter类

转换流java.io.OutputStreamWriter ，是Writer的子类，是从字符流到字节流的桥梁。使用指定的字符集将字符编码为字节。它的字符集可以由名称指定，也可以接受平台的默认字符集。

构造方法

OutputStreamWriter(OutputStream in): 创建一个使用默认字符集的字符流。
OutputStreamWriter(OutputStream in, String charsetName): 创建一个指定字符集的字符流。

构造举例，代码如下：

OutputStreamWriter isr = new OutputStreamWriter(new FileOutputStream("out.txt"));
OutputStreamWriter isr2 = new OutputStreamWriter(new FileOutputStream("out.txt") , "GBK");

指定编码写出

public class OutputDemo {public static void main(String[] args) throws IOException {// 定义文件路径String FileName = "E:\\out.txt";// 创建流对象,默认UTF8编码OutputStreamWriter osw = new OutputStreamWriter(new FileOutputStream(FileName));// 写出数据osw.write("你好"); // 保存为6个字节osw.close();// 定义文件路径String FileName2 = "E:\\out2.txt";// 创建流对象,指定GBK编码OutputStreamWriter osw2 = new OutputStreamWriter(new FileOutputStream(FileName2),"GBK");// 写出数据osw2.write("你好");// 保存为4个字节osw2.close();}
}

转换流理解图解

转换流是字节与字符间的桥梁！[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-AYzL4IpX-1644843261850)(img/2_zhuanhuan.jpg)]

2.5 练习：转换文件编码

将GBK编码的文本文件，转换为UTF-8编码的文本文件。

案例分析

指定GBK编码的转换流，读取文本文件。
使用UTF-8编码的转换流，写出文本文件。

案例实现

public class TransDemo {public static void main(String[] args) {      // 1.定义文件路径String srcFile = "file_gbk.txt";String destFile = "file_utf8.txt";// 2.创建流对象// 2.1 转换输入流,指定GBK编码InputStreamReader isr = new InputStreamReader(new FileInputStream(srcFile) , "GBK");// 2.2 转换输出流,默认utf8编码OutputStreamWriter osw = new OutputStreamWriter(new FileOutputStream(destFile));// 3.读写数据// 3.1 定义数组char[] cbuf = new char[1024];// 3.2 定义长度int len;// 3.3 循环读取while ((len = isr.read(cbuf))!=-1) {// 循环写出osw.write(cbuf,0,len);}// 4.释放资源osw.close();isr.close();}
}

第三章序列化

3.1 概述

Java 提供了一种对象序列化的机制。用一个字节序列可以表示一个对象，该字节序列包含该对象的数据、对象的类型和对象中存储的属性等信息。字节序列写出到文件之后，相当于文件中持久保存了一个对象的信息。

反之，该字节序列还可以从文件中读取回来，重构对象，对它进行反序列化。对象的数据、对象的类型和对象中存储的数据信息，都可以用来在内存中创建对象。看图理解序列化： [外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-QJDbE0Th-1644843261851)(img/3_xuliehua.jpg)]

3.2 ObjectOutputStream类

java.io.ObjectOutputStream 类，将Java对象的原始数据类型写出到文件,实现对象的持久存储。

构造方法

public ObjectOutputStream(OutputStream out)：创建一个指定OutputStream的ObjectOutputStream。

构造举例，代码如下：

FileOutputStream fileOut = new FileOutputStream("employee.txt");
ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(fileOut);

序列化操作

一个对象要想序列化，必须满足两个条件:

该类必须实现java.io.Serializable 接口，Serializable 是一个标记接口，不实现此接口的类将不会使任何状态序列化或反序列化，会抛出NotSerializableException 。
该类的所有属性必须是可序列化的。如果有一个属性不需要可序列化的，则该属性必须注明是瞬态的，使用transient 关键字修饰。

public class Employee implements java.io.Serializable {public String name;public String address;public transient int age; // transient瞬态修饰成员,不会被序列化public void addressCheck() {System.out.println("Address  check : " + name + " -- " + address);}
}

2.写出对象方法

public final void writeObject (Object obj) : 将指定的对象写出。

public class SerializeDemo{public static void main(String [] args)   {Employee e = new Employee();e.name = "zhangsan";e.address = "beiqinglu";e.age = 20; try {// 创建序列化流对象ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("employee.txt"));// 写出对象out.writeObject(e);// 释放资源out.close();fileOut.close();System.out.println("Serialized data is saved"); // 姓名，地址被序列化，年龄没有被序列化。} catch(IOException i)   {i.printStackTrace();}}
}
输出结果：
Serialized data is saved

3.3 ObjectInputStream类

ObjectInputStream反序列化流，将之前使用ObjectOutputStream序列化的原始数据恢复为对象。

构造方法

public ObjectInputStream(InputStream in)：创建一个指定InputStream的ObjectInputStream。

反序列化操作1

如果能找到一个对象的class文件，我们可以进行反序列化操作，调用ObjectInputStream读取对象的方法：

public final Object readObject () : 读取一个对象。

public class DeserializeDemo {public static void main(String [] args)   {Employee e = null;try {        // 创建反序列化流FileInputStream fileIn = new FileInputStream("employee.txt");ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(fileIn);// 读取一个对象e = (Employee) in.readObject();// 释放资源in.close();fileIn.close();}catch(IOException i) {// 捕获其他异常i.printStackTrace();return;}catch(ClassNotFoundException c)  {// 捕获类找不到异常System.out.println("Employee class not found");c.printStackTrace();return;}// 无异常,直接打印输出System.out.println("Name: " + e.name);  // zhangsanSystem.out.println("Address: " + e.address); // beiqingluSystem.out.println("age: " + e.age); // 0}
}

对于JVM可以反序列化对象，它必须是能够找到class文件的类。如果找不到该类的class文件，则抛出一个 ClassNotFoundException 异常。

反序列化操作2

**另外，当JVM反序列化对象时，能找到class文件，但是class文件在序列化对象之后发生了修改，那么反序列化操作也会失败，抛出一个InvalidClassException异常。**发生这个异常的原因如下：

该类的序列版本号与从流中读取的类描述符的版本号不匹配
该类包含未知数据类型
该类没有可访问的无参数构造方法

Serializable 接口给需要序列化的类，提供了一个序列版本号。serialVersionUID 该版本号的目的在于验证序列化的对象和对应类是否版本匹配。

public class Employee implements java.io.Serializable {// 加入序列版本号private static final long serialVersionUID = 1L;public String name;public String address;// 添加新的属性 ,重新编译, 可以反序列化,该属性赋为默认值.public int eid; public void addressCheck() {System.out.println("Address  check : " + name + " -- " + address);}
}

3.4 练习：序列化集合

将存有多个自定义对象的集合序列化操作，保存到list.txt文件中。
反序列化list.txt ，并遍历集合，打印对象信息。

案例分析

把若干学生对象，保存到集合中。
把集合序列化。
反序列化读取时，只需要读取一次，转换为集合类型。
遍历集合，可以打印所有的学生信息

案例实现

public class SerTest {public static void main(String[] args) throws Exception {// 创建 学生对象Student student = new Student("老王", "laow");Student student2 = new Student("老张", "laoz");Student student3 = new Student("老李", "laol");ArrayList<Student> arrayList = new ArrayList<>();arrayList.add(student);arrayList.add(student2);arrayList.add(student3);// 序列化操作// serializ(arrayList);// 反序列化  ObjectInputStream ois  = new ObjectInputStream(new FileInputStream("list.txt"));// 读取对象,强转为ArrayList类型ArrayList<Student> list  = (ArrayList<Student>)ois.readObject();for (int i = 0; i < list.size(); i++ ){Student s = list.get(i);System.out.println(s.getName()+"--"+ s.getPwd());}}private static void serializ(ArrayList<Student> arrayList) throws Exception {// 创建 序列化流 ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("list.txt"));// 写出对象oos.writeObject(arrayList);// 释放资源oos.close();}
}

第四章打印流

4.1 概述

平时我们在控制台打印输出，是调用print方法和println方法完成的，这两个方法都来自于java.io.PrintStream类，该类能够方便地打印各种数据类型的值，是一种便捷的输出方式。

4.2 PrintStream类

构造方法

public PrintStream(String fileName)：使用指定的文件名创建一个新的打印流。

构造举例，代码如下：

PrintStream ps = new PrintStream("ps.txt")；

改变打印流向

System.out就是PrintStream类型的，只不过它的流向是系统规定的，打印在控制台上。不过，既然是流对象，我们就可以玩一个"小把戏"，改变它的流向。

public class PrintDemo {public static void main(String[] args) throws IOException {// 调用系统的打印流,控制台直接输出97System.out.println(97);// 创建打印流,指定文件的名称PrintStream ps = new PrintStream("ps.txt");// 设置系统的打印流流向,输出到ps.txtSystem.setOut(ps);// 调用系统的打印流,ps.txt中输出97System.out.println(97);}
}

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第一章 缓冲流

1.1 概述

1.2 字节缓冲流

构造方法

效率测试

1.3 字符缓冲流

构造方法

特有方法

1.4 练习:文本排序

案例分析

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2.1 字符编码和字符集

字符编码

字符集

2.2 编码引出的问题

2.3 InputStreamReader类

构造方法

指定编码读取

2.4 OutputStreamWriter类

构造方法

指定编码写出

转换流理解图解

2.5 练习：转换文件编码

案例分析

案例实现

第三章 序列化

3.1 概述

3.2 ObjectOutputStream类

构造方法

序列化操作

3.3 ObjectInputStream类

构造方法

反序列化操作1

反序列化操作2

3.4 练习：序列化集合

案例分析

案例实现

第四章 打印流

4.1 概述

4.2 PrintStream类

构造方法

改变打印流向

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