【Java输入处理进阶】：Scanner类的高级使用技巧

# 1. 深入理解Java的输入处理机制

Java语言为开发者提供了强大的输入处理机制，从简单的标准输入到复杂的文件读取操作，都可以通过内置的类库来实现。在这一章节中，我们将探索Java的输入处理机制是如何工作的，为什么它在日常开发中如此重要，以及它是如何适应不同数据类型的需求的。

在Java中，`System.in`是一个标准输入流，通常与控制台交互。然而，为了更好地控制输入数据的格式和类型，Java提供了`java.util.Scanner`类。这个类能够将原始的字节数据流解析成更易于理解的数据类型，如int、float、字符串等。这使得输入处理变得更加简单、直观和易于管理。

我们将从基础开始，解释输入处理中涉及的核心概念，如字节流、字符流、缓冲和编码等。通过本章的学习，读者将对Java的输入处理机制有一个全面的认识，为深入理解和应用`Scanner`类及其它高级输入处理技术打下坚实的基础。

# 2. Scanner类基础与定制解析

### 2.1 Scanner类的结构和原理

#### 2.1.1 Scanner类的内部机制

在Java中，`Scanner`类是一个实用的工具，用于解析原始类型和字符串的简单文本扫描器。它通过使用分隔符模式拆分原始值和字符串，从而支持基本类型和字符串的扫描。了解`Scanner`类的内部机制，对理解其如何解析输入数据至关重要。

当`Scanner`对象被创建时，它会与一个`Readable`对象关联，该对象提供了要扫描的数据源。`Readable`是一个接口，有`java.nio.CharBuffer`等实现，也包括`String`和`FileInputStream`等。`Scanner`使用一个叫做`Scanner parser`的内部类对象来完成实际的解析工作，这个对象实现了`Parser`接口。`Parser`的职责是读取数据、分解字符串，并将数据转换为相应的类型。

`Scanner`还使用一个叫做`Matcher`的内部类来处理分隔符。`Matcher`实现了`Matcher`接口，用于找到输入中的下一个标记。`Matcher`对象是根据`Scanner`的分隔符模式创建的，它决定了输入数据如何被分解。默认的分隔符是任何空白字符，但可以通过`useDelimiter()`方法来改变。

#### 2.1.2 Scanner类的构造函数和方法

`Scanner`类提供了多个构造函数，允许从不同的数据源创建扫描器。例如，可以从字符串、文件、输入流、`Readable`对象或`ReadableByteChannel`创建。这些构造函数都是调用基础的构造函数，并设置对应的`Readable`源。

在`Scanner`的公共接口中，有许多用于扫描数据的方法。例如，`nextInt()`, `nextDouble()`, `nextLine()`, `next()`等。这些方法的调用实际上都会调用`Scanner`的`next()`方法，该方法根据当前分隔符模式来查找下一个标记，然后调用`parse()`方法将其转换为所需的类型。

除此之外，`Scanner`还包含用于控制其行为的方法，例如`useDelimiter()`用于改变分隔符模式，`hasNextXXX()`用于检查是否有下一个指定类型的标记，`useRadix()`用于指定整数的基数等。

### 2.2 字符串和文件扫描

#### 2.2.1 字符串扫描的技巧

字符串扫描是一个非常常见的需求。通过创建一个以字符串为数据源的`Scanner`对象，可以非常方便地实现这一功能。例如：

String input = "***";
Scanner scanner = new Scanner(input);
while (scanner.hasNextInt()) {
    System.out.println(scanner.nextInt());
}

在这个例子中，`Scanner`默认的分隔符为任何空白字符，所以它能够正确地将输入字符串"***"中的每个数字分开并转换成整数。

对于扫描字符串，`Scanner`还提供了一些额外的便利方法。例如，`hasNext()`方法可以用来检查是否还有下一个标记。此外，`next()`方法可以用来获取下一个标记，这个方法总是跳过任何分隔符，直到找到下一个非分隔符的序列。

#### 2.2.2 文件扫描和数据提取

当需要从文件中读取和解析数据时，`Scanner`同样大有用处。通过将`Scanner`与`FileInputStream`关联，可以逐行或逐项地扫描文件内容。

Scanner scanner = new Scanner(new File("example.txt"));
while (scanner.hasNextLine()) {
    String line = scanner.nextLine();
    // 处理每一行数据
}

如果需要扫描的文件不是纯文本，而是包含特定格式的数据（如CSV、JSON等），则可以通过`useDelimiter()`方法指定特定的分隔符模式来提取所需的信息。

### 2.3 定制Scanner的行为

#### 2.3.1 分隔符的使用和自定义

`Scanner`的灵活性在于它允许开发者自定义分隔符模式。`useDelimiter()`方法接受一个正则表达式作为参数，`Scanner`将按照这个正则表达式来拆分输入文本。

例如，假设有一个逗号分隔的字符串：

String csv = "name,age,city";
Scanner scanner = new Scanner(csv);
scanner.useDelimiter(","); // 设置分隔符为逗号

while (scanner.hasNext()) {
    String field = scanner.next();
    System.out.println(field);
}

这段代码会依次输出`name`、`age`、`city`。

分隔符也可以通过正则表达式的捕获组来实现更复杂的拆分行为。例如，如果我们需要分割字符串，但保留分隔符本身，可以使用捕获组：

String mixed = "123-456-789";
scanner.useDelimiter("(-)");
while (scanner.hasNext()) {
    System.out.println(scanner.next());
}

输出将是`123`、`-`、`456`、`-`、`789`。

#### 2.3.2 格式化解析和模式匹配

`Scanner`可以用于更复杂的格式化数据的解析。通过使用正则表达式和捕获组，可以提取和解析具有特定格式的数据。例如，要解析日期格式"dd/MM/yyyy"，可以这样操作：

String dateInput = "25/12/2023";
scanner.useDelimiter("/");
while (scanner.hasNext()) {
    String day = scanner.next();
    String month = scanner.next();
    String year = scanner.next();
    System.out.println("Day: " + day + ", Month: " + month + ", Year: " + year);
}

使用`Scanner`的`hasNext(Pattern pattern)`方法，可以检查下一个标记是否匹配给定的正则表达式模式。这为模式匹配提供了便利，可以根据需要仅在数据符合特定模式时才进行解析。

String complexInput = "123abc456";
if (scanner.hasNext("[a-z]+")) {
    String word = scanner.next("[a-z]+");
    System.out.println("Found word: " + word);
}

这段代码会检查下一个标记是否为小写字母的组合，并且只有在匹配的情况下才会提取它。

`Scanner`类提供了一种简单直接的方式来解析和处理文本输入。在下一章中，我们将探讨Scanner类的高级应用与实践，包括正则表达式在Scanner中的应用和多源数据混合扫描等。

# 3. Scanner类的高级应用与实践

## 3.1 正则表达式在Scanner中的应用

### 3.1.1 正则表达式的整合使用

正则表达式是处理文本和数据的强大工具，能够匹配复杂的字符串模式。在Scanner类中整合使用正则表达式，可以极大地增强其扫描和解析数据的能力。Scanner类的`hasNext(String pattern)`和`next(String pattern)`方法允许开发者按照正则表达式模式读取输入。

使用正则表达式前，需要对正则语法规则有所了解，比如常用的字符类、量词、分组、前瞻和后顾等。例如，假设我们希望使用Scanner读取输入中的所有数字，可以使用如下的正则表达式模式 `"\\d+"`，其中 `\\d` 表示任意数字，`+` 表示一个或多个前面的字符。

Scanner scanner = new Scanner(System.in);
while (scanner.hasNext("\\d+")) {
    int number = scanner.nextInt();
    // 处理获取到的数字
}

上面的代码演示了如何使用正则表达式匹配输入流中的整数序列。每当发现符合正则表达式模式的输入时，Scanner的`nextInt`方法就会返回下一个整数值。

### 3.1.2 正则表达式在复杂数据解析中的作用

在处理更为复杂的数据时，正则表达式也能发挥关键作用。假设我们需要从一段文本中提取电子邮件地址，电子邮件地址的正则表达式模式一般包含字母、数字、下划线、点号和符号@，同时需要在@后有一个域名。

String input = "***.";
Pattern emailPattern = ***pile("[\\w.-]+@[\\w.-]+");
Matcher matcher = emailPattern.matcher(input);

while (matcher.find()) {
    System.out.println(matcher.group());
}

在这个例子中，我们创建了一个`Pattern`对象，并利用`matcher`方法去查找输入文本中所有符合电子邮件地址正则表达式的字符串。每次`matcher.find()`调用都会返回一个匹配，直到没有更多的匹配为止。

整合正则表达式到Scanner类中不仅能够提升数据解析的灵活性，还可以在复杂数据结构解析时简化代码的编写，减少需要编写的正则逻辑。

## 3.2 多源数据混合扫描

### 3.2.1 多文件扫描的策略

在处理大量数据时，数据可能分散在多个文件中。使用Scanner进行多文件扫描时，可以一次性打开多个文件，并对每个文件进行读取。这需要将Scanner与文件I/O操作结合，例如使用`BufferedReader`，然后将读取到的行传给Scanner处理。

BufferedReader reader1 = new BufferedReader(new FileReader("file1.txt"));
BufferedReader reader2 = new BufferedReader(new FileReader("file2.txt"));
Scanner scanner = new Scanner(reader1);
scanner.useDelimiter("\\A"); // 定位到整个输入的开始和结束

while (scanner.hasNextLine()) {
    String line = scanner.nextLine();
    // 处理单行数据
}

scanner.close();
reader1.close();

// 如果需要，可以重复上述步骤处理第二个文件

以上代码中，我们分别打开了两个文件，并将它们的输入流传递给了Scanner进行处理。`useDelimiter("\\A")`用于设置分隔符为整个输入流的开始到结束，这样Scanner就会一次性读取整个文件内容，而不是逐行读取。

### 3.2.2 混合字符串与文件扫描的方法

在某些情况下，我们需要从文件中读取数据，并同时需要扫描一些即时输入的字符串。在Java 8及以上版本中，我们可以利用`Files.lines(Path path)`来实现文件扫描，并将结果与字符串扫描混合。

Path path = Paths.get("data.txt");
List<String> lines = Files.readAllLines(path);
Scanner scanner = new Scanner(String.join("\n", lines) + "\n\nYour immediate input:");

while (scanner.hasNextLine()) {
    String line = scanner.nextLine();
    // 处理行数据，包括文件数据和即时输入
}

在这个例子中，我们将文件的所有行合并为一个字符串，并使用`Scanner`进行逐行扫描。通过添加额外的分隔符，如示例中的`"\n\nYour immediate input:"`，我们可以明确地区分文件内容和即时输入。

## 3.3 异常处理与边界情况

### 3.3.1 Scanner异常处理的最佳实践

在使用Scanner进行输入处理时，难免会遇到各种异常，例如输入格式错误、输入源不可用等问题。遵循最佳实践来处理这些异常可以保证程序的健壮性和用户友好性。

try {
    Scanner scanner = new Scanner(System.in);
    // 进行一些输入操作
} catch (InputMismatchException e) {
    System.err.println("输入数据类型不匹配");
} catch (NoSuchElementException e) {
    System.err.println("数据源耗尽");
} catch (Exception e) {
    System.err.println("其他异常: " + e.getMessage());
}

在上面的代码中，我们通过try-catch块来捕获Scanner可能抛出的异常。通过针对不同类型的异常提供不同的处理方法，我们可以给出更加精确的错误提示，并且避免程序因为异常而意外终止