java 操作二进制_Java 二进制文件操作大全

本文节选自《Netkiller Java 手札》

Netkiller Java 手札

Mr. Neo Chan, 陈景峯(BG7NYT)

中国广东省深圳市望海路半岛城邦三期 518067 +86 13113668890

$Id: book.xml 606 2013-05-29 09:52:58Z netkiller $

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1.10.12. 二进制文件操作大全

1.10.12.1. 理解二进制文件

我们运行下面一段程序，向文件 netkiller.bin 中写入一个整形数值 1 ，然后观察文件变化

String filename = "netkiller.bin";

DataOutputStream out = new DataOutputStream(new FileOutputStream(filename));

out.writeInt(1);

out.close();

打开终端，使用 xxd 命令查看二进制文件

neo@MacBook-Pro ~/workspace/netkiller % xxd -b netkiller.bin

00000000: 00000000 00000000 00000000 00000001 ....

可以看到一串二进制 00000000 00000000 00000000 00000001，运行下面程序可以讲二进制转换为十进制，注意替换掉空格。

int n = Integer.valueOf("00000000 00000000 00000000 00000001".replaceAll(" ", ""), 2);

System.out.println(n);

运行结果是 1 ，为什前面那么多 0 呢？请运行下面一段程序

String filename = "netkiller.bin";

DataOutputStream out = new DataOutputStream(new FileOutputStream(filename));

out.writeInt(Integer.MAX_VALUE);

out.close();

现在观察结果

neo@MacBook-Pro ~/workspace/netkiller % xxd -b netkiller.bin

00000000: 01111111 11111111 11111111 11111111 ....

int n = Integer.valueOf("01111111 11111111 11111111 11111111".replaceAll(" ", ""), 2);

System.out.println(n);

输出结果是 2147483647, 这是 int 得最大值，2147483647 + 1 会怎么样呢？

String filename = "netkiller.bin";

DataOutputStream out = new DataOutputStream(new FileOutputStream(filename));

out.writeInt(Integer.MAX_VALUE + 1);

out.close();

System.out.println(Integer.MAX_VALUE + 1);

输出结果是 -2147483648，正确应该是 2147483648 这就是整形溢出。整形变量得二进制表示方法是4个字节长度32位 00000000 00000000 00000000 00000000 到 01111111 11111111 11111111 11111111 ，其中第一位0表示正数1表示负数。

neo@MacBook-Pro ~/workspace/netkiller % xxd -b netkiller.bin

00000000: 10000000 00000000 00000000 00000000 ....

整形溢出演示，超出整形范围怎么办？使用 Long 型。

System.out.println(Integer.MAX_VALUE);

System.out.println(Integer.MAX_VALUE + 1);

System.out.println(Integer.MIN_VALUE);

System.out.println(Integer.MIN_VALUE - 1);

输出结果如下：

2147483647

-2147483648

2147483647

负数演示

String filename = "netkiller.bin";

DataOutputStream out = new DataOutputStream(new FileOutputStream(filename));

out.writeInt(-1);

out.writeInt(Integer.MAX_VALUE + 1);

out.close();

-1 得结果是 11111111 11111111 11111111 11111111

neo@MacBook-Pro ~/workspace/netkiller % xxd -b netkiller.bin

00000000: 11111111 11111111 11111111 11111111 ....

现在我们存储两个整形数值

String filename = "netkiller.bin";

DataOutputStream out = new DataOutputStream(new FileOutputStream(filename));

out.writeInt(1);

out.writeInt(-1);

out.close();

很清楚的看到里面有两个数值，1 和 -1

neo@MacBook-Pro ~/workspace/netkiller % xxd -c 4 -b netkiller.bin

00000000: 00000000 00000000 00000000 00000001 ....

00000004: 11111111 11111111 11111111 11111111 ....

读取二进制文件中的 int 数据

DataInputStream in = new DataInputStream(new BufferedInputStream(new FileInputStream(filename)));

try {

int i = in.readInt();

System.out.println(i);

} catch (EOFException e) {

e.printStackTrace();

}

1.10.12.2. byte 类型

String filename = "netkiller.bin";

DataOutputStream out = new DataOutputStream(new FileOutputStream(filename));

out.writeByte(1);

out.close();

byte 只占用一个字节8位

neo@MacBook-Pro ~/workspace/netkiller % xxd -c 4 -b netkiller.bin

00000000: 00000001

如果写入 -1 结果是，由此得出第一位 0 是正数，1 是负数，可以得出他的取值范围 -128 ~ 127。超出范围也会溢出。

neo@MacBook-Pro ~/workspace/netkiller % xxd -c 4 -b netkiller.bin

00000000: 11111111

常常写入最小值与最大值

String filename = "netkiller.bin";

DataOutputStream out = new DataOutputStream(new FileOutputStream(filename));

out.writeByte(Byte.MIN_VALUE);

out.writeByte(Byte.MAX_VALUE);

out.close();

运行结果

neo@MacBook-Pro ~/workspace/netkiller % xxd -c 1 -b netkiller.bin

00000000: 10000000 .

00000001: 01111111 .

写入一个字符

String filename = "netkiller.bin";

DataOutputStream out = new DataOutputStream(new FileOutputStream(filename));

out.writeBytes("a");

out.close();

写入结果

neo@MacBook-Pro ~/workspace/netkiller % xxd -c 1 -b netkiller.bin

00000000: 01100001 a

从 ASCII 表中查出 01100001 十进制 97 十六进制 61 对应字母 a

写入一段字符串

String filename = "netkiller.bin";

DataOutputStream out = new DataOutputStream(new FileOutputStream(filename));

out.writeBytes("http://www.netkiller.cn");

out.close();

运行结果

neo@MacBook-Pro ~/workspace/netkiller % xxd -c 8 -b netkiller.bin

00000000: 01101000 01110100 01110100 01110000 00111010 00101111 00101111 01110111 http://w

00000008: 01110111 01110111 00101110 01101110 01100101 01110100 01101011 01101001 ww.netki

00000010: 01101100 01101100 01100101 01110010 00101110 01100011 01101110 ller.cn

读取二进制文件中的 byte 字符串，readAllBytes() 可以一次读取所有 byte 到 byte[] 中。

DataInputStream in = new DataInputStream(new BufferedInputStream(new FileInputStream(filename)));

try {

System.out.println(new String(in.readAllBytes()));

} catch (EOFException e) {

e.printStackTrace();

}

readByte() 逐字节读取

DataInputStream in = new DataInputStream(new BufferedInputStream(new FileInputStream(filename)));

try {

char c = ' ';

while (true) {

try {

c = (char) in.readByte();

System.out.print(c);

} catch (EOFException e) {

System.out.println();

break;

}

} catch (Exception e) {

e.printStackTrace();

}

现在我们已经掌握了 byte 的操作方法，现在我们来做一个例子，读取 int 数据，int 是由 4 个字节组成一组。所以我们每次取 4个字节。

// 这个例子中，我们写入三个数值到 netkiller.bin 文件，分别是 1024，-128，2147483647

String filename = "netkiller.bin";

DataOutputStream out = new DataOutputStream(new FileOutputStream(filename));

out.writeInt(1024);

out.writeInt(-128);

out.writeInt(Integer.MAX_VALUE);

out.close();

二进制文件如下

neo@MacBook-Pro ~/workspace/netkiller % xxd -c 4 -b netkiller.bin

00000000: 00000000 00000000 00000100 00000000 ....

00000004: 11111111 11111111 11111111 10000000 ....

00000008: 01111111 11111111 11111111 11111111 ....

从二进制文件读出 int 数据。

String filename = "netkiller.bin";

FileInputStream stream = new FileInputStream(filename);

byte[] buffer = new byte[4];

while (stream.read(buffer) != -1) {

ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.wrap(buffer);

System.out.println(byteBuffer.getInt());

}

运行结果

1024

-128

2147483647

1.10.12.3. boolean 布尔型

我们想文件写入两个布尔类型，一个是 true, 另一个是 false

String filename = "netkiller.bin";

DataOutputStream out = new DataOutputStream(new FileOutputStream(filename));

out.writeBoolean(true);

out.writeBoolean(false);

out.close();

运行结果可以看出 boolean 使用了一个字节，最后一位 1 表示true, 0 表示 false。所以对于二进制文件最小单位就是 byte 字节，虽然boolean型只需要一个 1 bit 位，但是存储的最小单位是字节，所以前面需要补7个零 0000000。

neo@MacBook-Pro ~/workspace/netkiller % xxd -c 1 -b netkiller.bin

00000000: 00000001 .

00000001: 00000000 .

使用 ls 命令可以看这个文件占用了 2B(两个字节)

neo@MacBook-Pro ~/workspace/netkiller % ll netkiller.bin

-rw-r--r-- 1 neo staff 2B Oct 18 13:47 netkiller.bin

读取二进制文件中的 boolean 数据

DataInputStream in = new DataInputStream(new BufferedInputStream(new FileInputStream(filename)));

try {

boolean bool = in.readBoolean();

System.out.println(bool);

} catch (EOFException e) {

e.printStackTrace();

}

1.10.12.4. Long 型

String filename = "netkiller.bin";

DataOutputStream out = new DataOutputStream(new FileOutputStream(filename));

out.writeLong(1);

out.close();

有了上面 int 型数据的经验，下面一看你就会明白。long 型采用 8 个字节保存数据，是 int 的一倍。取值范围这里就不多说了，也会存在溢出现象。

neo@MacBook-Pro ~/workspace/netkiller % xxd -c 8 -b netkiller.bin

00000000: 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 ........

取值范围

String filename = "netkiller.bin";

DataOutputStream out = new DataOutputStream(new FileOutputStream(filename));

out.writeLong(Long.MIN_VALUE);

out.writeLong(Long.MAX_VALUE);

out.close();

输出文件

neo@MacBook-Pro ~/workspace/netkiller % xxd -c 8 -b netkiller.bin

00000000: 10000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 ........

00000008: 01111111 11111111 11111111 11111111 11111111 11111111 11111111 11111111 ........

读取二进制文件中的 long 数据

DataInputStream in = new DataInputStream(new BufferedInputStream(new FileInputStream(filename)));

try {

long l = in.readLong();

System.out.println(l);

} catch (EOFException e) {

e.printStackTrace();

}

1.10.12.5. chat 类型

有符号 signed char 类型的范围为 -128~127

无符号 unsigned char 的范围为0~ 255

char 与 byte 操作类似，我们首先去 ASCII 表查找字符 A 对应 65，我们将 65 写入二进制文件。然后读取该字符，输出结果是 A。

String filename = "netkiller.bin";

DataOutputStream out = new DataOutputStream(new FileOutputStream(filename));

out.writeChar(65);

out.close();

DataInputStream in = new DataInputStream(new BufferedInputStream(new FileInputStream(filename)));

try {

char c = in.readChar();

System.out.println(c);

} catch (EOFException e) {

e.printStackTrace();

}

从二进制文件中我们可以看到 char 类型占用2个字节16位

neo@MacBook-Pro ~/workspace/netkiller % xxd -c 2 -b netkiller.bin

00000000: 00000000 01000001 .A

使用 writeChars()写入字符串到二进制文件

String filename = "netkiller.bin";

DataOutputStream out = new DataOutputStream(new FileOutputStream(filename));

out.writeChars("http://www.netkiller.cn");

out.close();

DataInputStream in = new DataInputStream(new BufferedInputStream(new FileInputStream(filename)));

char c = ' ';

while (true) {

try {

c = in.readChar();

System.out.print(c);

} catch (EOFException e) {

System.out.println();

break;

}

二进制文件如下，你会发现第一个字节没有用到，很多 00000000 所以如果存储英文 byte 更适合，char 是双倍 byte 开销。

neo@MacBook-Pro ~/workspace/netkiller % xxd -c 8 -b netkiller.bin

00000000: 00000000 01101000 00000000 01110100 00000000 01110100 00000000 01110000 .h.t.t.p

00000008: 00000000 00111010 00000000 00101111 00000000 00101111 00000000 01110111 .:././.w

00000010: 00000000 01110111 00000000 01110111 00000000 00101110 00000000 01101110 .w.w...n

00000018: 00000000 01100101 00000000 01110100 00000000 01101011 00000000 01101001 .e.t.k.i

00000020: 00000000 01101100 00000000 01101100 00000000 01100101 00000000 01110010 .l.l.e.r

00000028: 00000000 00101110 00000000 01100011 00000000 01101110 ...c.n

存储汉字

String filename = "netkiller.bin";

DataOutputStream out = new DataOutputStream(new FileOutputStream(filename));

String s = "陈";

char name = s.charAt(s.length() - 1);

out.writeChar(name);

out.close();

DataInputStream in = new DataInputStream(new BufferedInputStream(new FileInputStream(filename)));

char c = ' ';

while (true) {

try {

c = in.readChar();

System.out.print(c);

} catch (EOFException e) {

System.out.println();

break;

}

二进制文件如下，使用两个字节表示一个汉字

neo@MacBook-Pro ~/workspace/netkiller % xxd -c 2 -b netkiller.bin

00000000: 10010110 01001000 .H

转成 Hex 十六进制，得到 96 48 两个数字。

neo@MacBook-Pro ~/workspace/netkiller % hexdump netkiller.bin

0000000 96 48

0000002

现在去搜索引擎搜索“汉字内码”，然后查询“陈”这个汉字，可以看到 Unicode编码16进制就是 96 48

尝试写入汉字字符串

String filename = "netkiller.bin";

DataOutputStream out = new DataOutputStream(new FileOutputStream(filename));

out.writeChars("陈景峰");

out.close();

DataInputStream in = new DataInputStream(new BufferedInputStream(new FileInputStream(filename)));

try {

char c = ' ';

while (true) {

try {

c = in.readChar();

System.out.print(c);

} catch (EOFException e) {

System.out.println();

break;

}

} catch (Exception e) {

e.printStackTrace();

}

neo@MacBook-Pro ~/workspace/netkiller % xxd -b netkiller.bin

00000000: 10010110 01001000 01100110 01101111 01011100 11110000 .Hfo\.

1.10.12.6. UTF 字符串

这次我们使用新的文件名 netkiller.txt

String filename = "netkiller.txt";

DataOutputStream out = new DataOutputStream(new FileOutputStream(filename));

out.writeUTF("峰");

out.close();

DataInputStream in = new DataInputStream(new BufferedInputStream(new FileInputStream(filename)));

try {

System.out.println(in.readUTF());

} catch (EOFException e) {

e.printStackTrace();

}

查看二进制文件，一个汉字怎么这么多字节？

neo@MacBook-Pro ~/workspace/netkiller % xxd -b netkiller.txt

00000000: 00000000 00000011 11100101 10110011 10110000 .....

转成 16 禁止看看。

neo@MacBook-Pro ~/workspace/netkiller % hexdump netkiller.txt

0000000 00 03 e5 b3 b0

0000005

我们在网上查询 “峰” 字的汉字内码，可以看到UTF-8 内码是 E5 B3 B0。这是因为UTF8使用三个字节存储汉字。 00000000 00000011 可能是 UTF 标志位，具体我也不太清楚，总之不是 BOM 信息。

我们现在写入一个字符串试试

out.writeUTF("陈景峰");

xxd -s 2 -c 3 表示跳过两个字节，三列显示

neo@MacBook-Pro ~/workspace/netkiller % xxd -s 2 -c 3 -b netkiller.txt

00000002: 11101001 10011001 10001000 ...

00000005: 11100110 10011001 10101111 ...

00000008: 11100101 10110011 10110000 ...

UTF字符是可以直接使用文本工具查看的。

neo@MacBook-Pro ~/workspace/netkiller % cat netkiller.txt

陈景峰

1.10.12.7. Short 类型

String filename = "netkiller.bin";

DataOutputStream out = new DataOutputStream(new FileOutputStream(filename));

out.writeShort(1);

out.flush();

out.close();

输出结果，Short 使用两个字节16位表示。

neo@MacBook-Pro ~/workspace/netkiller % xxd -c 2 -b netkiller.bin

00000000: 00000000 00000001 ..

Short 分为有符号和无符号类型

String filename = "netkiller.bin";

DataOutputStream out = new DataOutputStream(new FileOutputStream(filename));

out.writeShort(1);

out.writeShort(-1);

out.flush();

out.close();

DataInputStream in = new DataInputStream(new BufferedInputStream(new FileInputStream(filename)));

try {

System.out.println(in.readShort());

System.out.println(in.readUnsignedShort());

System.out.println(in.readShort());

System.out.println(in.readUnsignedShort());

} catch (EOFException e) {

e.printStackTrace();

}

运行结果

-1

65535

有符号的取值范围

最小值：Short.MIN_VALUE=-32768 (-2的15此方)

最大值：Short.MAX_VALUE=32767 (2的15次方-1)

无符号的取值范围是 0 ~ 65535

1.10.12.8. float 单精度浮点类型

String filename = "netkiller.bin";

DataOutputStream out = new DataOutputStream(new FileOutputStream(filename));

out.writeFloat(0);

out.writeFloat(1.0f);

out.writeFloat(1.1f);

out.flush();

out.close();

DataInputStream in = new DataInputStream(new BufferedInputStream(new FileInputStream(filename)));

float c = 0;

while (true) {

try {

c = in.readFloat();

System.out.println(c);

} catch (EOFException e) {

System.out.println();

break;

}

float 使用 4 字节 32 为表示浮点类型，float 不同于前面数据类型，无法直接读取浮点数，需要经过计算才能得出，有点复杂。

neo@MacBook-Pro ~/workspace/netkiller % xxd -c 4 -b netkiller.bin

00000000: 00000000 00000000 00000000 00000000 ....

00000004: 00111111 10000000 00000000 00000000 ?...

00000008: 00111111 10001100 11001100 11001101 ?...

浮点型示意图

/------------- 32 bit ----------------\

| 1 | 8 | 23 |

|--------------------------------------|

31 30 22 0

^ ^ ^

符号位指数位尾数部分 32位

首先float二进制是从后向前读。与上面所有类型相反。

符号位(Sign) : 0代表正，1代表为负

指数位(Exponent):用于存储科学计数法中的指数数据，并且采用移位存储

尾数部分(Mantissa)：尾数部分

将一个内存存储的float二进制格式转化为十进制的步骤：

(1)将第22位到第0位的二进制数写出来，在最左边补一位“1”，得到二十四位有效数字。将小数点点在最左边那个“1”的右边。

(2)取出第29到第23位所表示的值n。当30位是“0”时将n各位求反。当30位是“1”时将n增1。

(3)将小数点左移n位(当30位是“0”时)或右移n位(当30位是“1”时)，得到一个二进制表示的实数。

(4)将这个二进制实数化为十进制，并根据第31位是“0”还是“1”加上正号或负号即可。

1.0f = 00111111 10000000 00000000 00000000

Sign 31 位是 0 表示正数

Exponent 23~30 位 0111111 1

Mantissa 0~22 位 0000000 00000000 00000000

得到

| 0 | 0111111 1 | 0000000 00000000 00000000 |

具体细节请参考 IEEE R32.24

1.10.12.9. double 数据类型

String filename = "netkiller.bin";

DataOutputStream out = new DataOutputStream(new FileOutputStream(filename));

out.writeDouble(12.5d);

out.flush();

out.close();

DataInputStream in = new DataInputStream(new BufferedInputStream(new FileInputStream(filename)));

double d = 0d;

while (true) {

try {

d = in.readDouble();

System.out.println(d);

} catch (EOFException e) {

System.out.println();

break;

}

二进制文件

neo@MacBook-Pro ~/workspace/netkiller % xxd -c 8 -b netkiller.bin

00000000: 01000000 00101001 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 @)......

/------------------------- 64 bit ------------------------------\

| 1 | 11 | 52 |

|----------------------------------------------------------------|

63 62 51 0

^ ^ ^

符号位指数位尾数部分 64位

首先float二进制是从后向前读。与上面所有类型相反。

符号位(Sign) : 0代表正，1代表为负

指数位(Exponent):用于存储科学计数法中的指数数据，并且采用移位存储

尾数部分(Mantissa)：尾数部分

详细参加考 IEEE R64.53

1.10.12.10. 所有类型演示一遍

String filename = "netkiller.bin";

DataOutputStream out = new DataOutputStream(new FileOutputStream(filename));

out.writeInt(1024);

out.writeShort(255);

out.writeLong(100000000000L);

out.writeFloat(3.14f);

out.writeDouble(3.141592653579d);

out.writeBoolean(true);

out.writeChar(165);

out.writeChars("陈景峰");

out.writeUTF("Netkiller Java 手札 - http://www.netkiller.cn");

out.writeChars("这是最后一行\r\n");

out.flush();

out.close();

DataInputStream in = new DataInputStream(new BufferedInputStream(new FileInputStream(filename)));

System.out.println(in.readInt());

System.out.println(in.readUnsignedShort());

System.out.println(in.readLong());

System.out.println(in.readFloat());

System.out.println(in.readDouble());

System.out.println(in.readBoolean());

System.out.println(in.readChar());

int i = 0;

String name = "";

while (i < 3) {

try {

char c = in.readChar();

name += c;

} catch (EOFException e) {

break;

}

i++;

}

System.out.println(name);

System.out.println(in.readUTF());

需要注意的一点是 out.writeChars("陈景峰"); 写入char字符串，在读取的时候你需要知道字符串的长度。然后循环取出char数据。

二进制文件内容

neo@MacBook-Pro ~/workspace/netkiller % xxd -c 8 -b netkiller.bin

00000000: 00000000 00000000 00000100 00000000 00000000 11111111 00000000 00000000 ........

00000008: 00000000 00010111 01001000 01110110 11101000 00000000 01000000 01001000 ..Hv..@H

00000010: 11110101 11000011 01000000 00001001 00100001 11111011 01010100 01000011 ..@.!.TC

00000018: 11001110 00101000 00000001 00000000 10100101 10010110 01001000 01100110 .(....Hf

00000020: 01101111 01011100 11110000 00000000 00101111 01001110 01100101 01110100 o\../Net

00000028: 01101011 01101001 01101100 01101100 01100101 01110010 00100000 01001010 killer J

00000030: 01100001 01110110 01100001 00100000 11100110 10001001 10001011 11100110 ava ....

00000038: 10011100 10101101 00100000 00101101 00100000 01101000 01110100 01110100 .. - htt

00000040: 01110000 00111010 00101111 00101111 01110111 01110111 01110111 00101110 p://www.

00000048: 01101110 01100101 01110100 01101011 01101001 01101100 01101100 01100101 netkille

00000050: 01110010 00101110 01100011 01101110 10001111 11011001 01100110 00101111 r.cn..f/

00000058: 01100111 00000000 01010100 00001110 01001110 00000000 10001000 01001100 g.T.N..L

00000060: 00000000 00001101 00000000 00001010 ....

16 进制编辑器更好阅读一些

neo@MacBook-Pro ~/workspace/netkiller % hexdump -C netkiller.bin

00000000 00 00 04 00 00 ff 00 00 00 17 48 76 e8 00 40 48 |..........Hv..@H|

00000010 f5 c3 40 09 21 fb 54 43 ce 28 01 00 a5 96 48 66 |..@.!.TC.(....Hf|

00000020 6f 5c f0 00 2f 4e 65 74 6b 69 6c 6c 65 72 20 4a |o\../Netkiller J|

00000030 61 76 61 20 e6 89 8b e6 9c ad 20 2d 20 68 74 74 |ava ...... - htt|

00000040 70 3a 2f 2f 77 77 77 2e 6e 65 74 6b 69 6c 6c 65 |p://www.netkille|

00000050 72 2e 63 6e 8f d9 66 2f 67 00 54 0e 4e 00 88 4c |r.cn..f/g.T.N..L|

00000060 00 0d 00 0a |....|

00000064

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