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“对语言设计人员来说，创建好的输入／输出系统是一项特别困难的任务。”

由于存在大量不同的设计方案，所以该任务的困难性是很容易证明的。其中最大的挑战似乎是如何覆盖所有可能的因素。不仅有三种不同的种类的IO需要考虑（文件、控制台、网络连接），而且需要通过大量不同的方式与它们通信（顺序、随机访问、二进制、字符、按行、按字等等）。
Java库的设计者通过创建大量类来攻克这个难题。事实上，Java的IO系统采用了如此多的类，以致刚开始会产生不知从何处入手的感觉（具有讽刺意味的是，Java的IO设计初衷实际要求避免过多的类）。从Java 1.0升级到Java 1.1后，IO库的设计也发生了显著的变化。此时并非简单地用新库替换旧库，Sun的设计人员对原来的库进行了大手笔的扩展，添加了大量新的内容。因此，我们有时不得不混合使用新库与旧库，产生令人无奈的复杂代码。
本章将帮助大家理解标准Java库内的各种IO类，并学习如何使用它们。本章的第一部分将介绍“旧”的Java 1.0 IO流库，因为现在有大量代码仍在使用那个库。本章剩下的部分将为大家引入Java 1.1 IO库的一些新特性。注意若用Java 1.1编译器来编译本章第一部分介绍的部分代码，可能会得到一条“不建议使用该特性”（Deprecated feature）警告消息。代码仍然能够使用；编译器只是建议我们换用本章后面要讲述的一些新特性。但我们这样做是有价值的，因为可以更清楚地认识老方法与新方法之间的一些差异，从而加深我们的理解（并可顺利阅读为Java 1.0写的代码）。

10.1 输入和输出

可将Java库的IO类分割为输入与输出两个部分，这一点在用Web浏览器阅读联机Java类文档时便可知道。通过继承，从InputStream（输入流）衍生的所有类都拥有名为read()的基本方法，用于读取单个字节或者字节数组。类似地，从OutputStream衍生的所有类都拥有基本方法write()，用于写入单个字节或者字节数组。然而，我们通常不会用到这些方法；它们之所以存在，是因为更复杂的类可以利用它们，以便提供一个更有用的接口。因此，我们很少用单个类创建自己的系统对象。一般情况下，我们都是将多个对象重叠在一起，提供自己期望的功能。我们之所以感到Java的流库（Stream Library）异常复杂，正是由于为了创建单独一个结果流，却需要创建多个对象的缘故。
很有必要按照功能对类进行分类。库的设计者首先决定与输入有关的所有类都从InputStream继承，而与输出有关的所有类都从OutputStream继承。
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Java的基本原理就是“形式错误的代码不会运行”。
与C++类似，捕获错误最理想的是在编译期间，最好在试图运行程序以前。然而，并非所有错误都能在编译期间侦测到。有些问题必须在运行期间解决，让错误的缔结者通过一些手续向接收者传递一些适当的信息，使其知道该如何正确地处理遇到的问题。
在C++和其他早期语言中，可通过几种手续来达到这个目的。而且它们通常是作为一种规定建立起来的，而非作为程序设计语言的一部分。典型地，我们需要返回一个值或设置一个标志（位），接收者会检查这些值或标志，判断具体发生了什么事情。然而，随着时间的流逝，终于发现这种做法会助长那些使用一个库的程序员的麻痹情绪。他们往往会这样想：“是的，错误可能会在其他人的代码中出现，但不会在我的代码中”。这样的后果便是他们一般不检查是否出现了错误（有时出错条件确实显得太愚蠢，不值得检验；注释①）。另一方面，若每次调用一个方法时都进行全面、细致的错误检查，那么代码的可读性也可能大幅度降低。由于程序员可能仍然在用这些语言维护自己的系统，所以他们应该对此有着深刻的体会：若按这种方式控制错误，那么在创建大型、健壮、易于维护的程序时，肯定会遇到不小的阻挠。
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“如果一个程序只含有数量固定的对象，而且已知它们的存在时间，那么这个程序可以说是相当简单的。”

通常，我们的程序需要根据程序运行时才知道的一些标准创建新对象。若非程序正式运行，否则我们根本不知道自己到底需要多少数量的对象，甚至不知道它们的准确类型。为了满足常规编程的需要，我们要求能在任何时候、任何地点创建任意数量的对象。所以不可依赖一个已命名的句柄来容纳自己的每一个对象，就象下面这样：

MyObject myHandle;

因为根本不知道自己实际需要多少这样的东西。
为解决这个非常关键的问题，Java提供了容纳对象（或者对象的句柄）的多种方式。其中内建的类型是数组，我们之前已讨论过它，本章准备加深大家对它的认识。此外，Java的工具（实用程序）库提供了一些“集合类”（亦称作“容器类”，但该术语已由AWT使用，所以这里仍采用“集合”这一称呼）。利用这些集合类，我们可以容纳乃至操纵自己的对象。本章的剩余部分会就此进行详细讨论。
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“对于面向对象的程序设计语言，多型性是第三种最基本的特征（前两种是数据抽象和继承。”

“多形性”（Polymorphism）从另一个角度将接口从具体的实施细节中分离出来，亦即实现了“是什么”与“怎样做”两个模块的分离。利用多形性的概念，代码的组织以及可读性均能获得改善。此外，还能创建“易于扩展”的程序。无论在项目的创建过程中，还是在需要加入新特性的时候，它们都可以方便地“成长”。
通过合并各种特征与行为，封装技术可创建出新的数据类型。通过对具体实施细节的隐藏，可将接口与实施细节分离，使所有细节成为“private”（私有）。这种组织方式使那些有程序化编程背景人感觉颇为舒适。但多形性却涉及对“类型”的分解。通过上一章的学习，大家已知道通过继承可将一个对象当作它自己的类型或者它自己的基础类型对待。这种能力是十分重要的，因为多个类型（从相同的基础类型中衍生出来）可被当作同一种类型对待。而且只需一段代码，即可对所有不同的类型进行同样的处理。利用具有多形性的方法调用，一种类型可将自己与另一种相似的类型区分开，只要它们都是从相同的基础类型中衍生出来的。这种区分是通过各种方法在行为上的差异实现的，可通过基础类实现对那些方法的调用。
在这一章中，大家要由浅入深地学习有关多形性的问题（也叫作动态绑定、推迟绑定或者运行期绑定）。同时举一些简单的例子，其中所有无关的部分都已剥除，只保留与多形性有关的代码。
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“Java引人注目的一项特性是代码的重复使用或者再生。但最具革命意义的是，除代码的复制和修改以外，我们还能做多得多的其他事情。”

在象C那样的程序化语言里，代码的重复使用早已可行，但效果不是特别显著。与Java的其他地方一样，这个方案解决的也是与类有关的问题。我们通过创建新类来重复使用代码，但却用不着重新创建，可以直接使用别人已建好并调试好的现成类。
但这样做必须保证不会干扰原有的代码。在这一章里，我们将介绍两个达到这一目标的方法。第一个最简单：在新类里简单地创建原有类的对象。我们把这种方法叫作“合成”，因为新类由现有类的对象合并而成。我们只是简单地重复利用代码的功能，而不是采用它的形式。
第二种方法则显得稍微有些技巧。它创建一个新类，将其作为现有类的一个“类型”。我们可以原样采取现有类的形式，并在其中加入新代码，同时不会对现有的类产生影响。这种魔术般的行为叫作“继承”（Inheritance），涉及的大多数工作都是由编译器完成的。对于面向对象的程序设计，“继承”是最重要的基础概念之一。它对我们下一章要讲述的内容会产生一些额外的影响。
对于合成与继承这两种方法，大多数语法和行为都是类似的（因为它们都要根据现有的类型生成新类型）。在本章，我们将深入学习这些代码再生或者重复使用的机制。
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“进行面向对象的设计时，一项基本的考虑是：如何将发生变化的东西与保持不变的东西分隔开。”

这一点对于库来说是特别重要的。那个库的用户（客户程序员）必须能依赖自己使用的那一部分，并知道一旦新版本的库出台，自己不需要改写代码。而与此相反，库的创建者必须能自由地进行修改与改进，同时保证客户程序员代码不会受到那些变动的影响。
为达到这个目的，需遵守一定的约定或规则。例如，库程序员在修改库内的一个类时，必须保证不删除已有的方法，因为那样做会造成客户程序员代码出现断点。然而，相反的情况却是令人痛苦的。对于一个数据成员，库的创建者怎样才能知道哪些数据成员已受到客户程序员的访问呢？若方法属于某个类唯一的一部分，而且并不一定由客户程序员直接使用，那么这种痛苦的情况同样是真实的。如果库的创建者想删除一种旧有的实施方案，并置入新代码，此时又该怎么办呢？对那些成员进行的任何改动都可能中断客户程序员的代码。所以库创建者处在一个尴尬的境地，似乎根本动弹不得。
为解决这个问题，Java推出了“访问指示符”的概念，允许库创建者声明哪些东西是客户程序员可以使用的，哪些是不可使用的。这种访问控制的级别在“最大访问”和“最小访问”的范围之间，分别包括：public，“友好的”（无关键字），protected以及private。根据前一段的描述，大家或许已总结出作为一名库设计者，应将所有东西都尽可能保持为“private”（私有），并只展示出那些想让客户程序员使用的方法。这种思路是完全正确的，尽管它有点儿违背那些用其他语言（特别是C）编程的人的直觉，那些人习惯于在没有任何限制的情况下访问所有东西。到这一章结束时，大家应该可以深刻体会到Java访问控制的价值。
然而，组件库以及控制谁能访问那个库的组件的概念现在仍不是完整的。仍存在这样一个问题：如何将组件绑定到单独一个统一的库单元里。这是通过Java的package（打包）关键字来实现的，而且访问指示符要受到类在相同的包还是在不同的包里的影响。所以在本章的开头，大家首先要学习库组件如何置入包里。这样才能理解访问指示符的完整含义。
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“随着计算机的进步，‘不安全’的程序设计已成为造成编程代价高昂的罪魁祸首之一。”

“初始化”和“清除”是这些安全问题的其中两个。许多C程序的错误都是由于程序员忘记初始化一个变量造成的。对于现成的库，若用户不知道如何初始化库的一个组件，就往往会出现这一类的错误。清除是另一个特殊的问题，因为用完一个元素后，由于不再关心，所以很容易把它忘记。这样一来，那个元素占用的资源会一直保留下去，极易产生资源（主要是内存）用尽的后果。
C++为我们引入了“构建器”的概念。这是一种特殊的方法，在一个对象创建之后自动调用。Java也沿用了这个概念，但新增了自己的“垃圾收集器”，能在资源不再需要的时候自动释放它们。本章将讨论初始化和清除的问题，以及Java如何提供它们的支持。
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“就象任何有感知的生物一样，程序必须能操纵自己的世界，在执行过程中作出判断与选择。”

在Java里，我们利用运算符操纵对象和数据，并用执行控制语句作出选择。Java是建立在C++基础上的，所以对C和C++程序员来说，对Java这方面的大多数语句和运算符都应是非常熟悉的。当然，Java也进行了自己的一些改进与简化工作。
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