Язык C++ не обеспечивает средств для ввода/вывода. Ему это и не нужно; такие
средства легко и элегантно можно создать с помощью самого языка. Описанная здесь
стандартная библиотека потокового ввода/вывода обеспечивает гибкий и эффективный
с гарантией типа метод обработки символьного ввода целых чисел, чисел с плавающей
точкой и символьных строк, а также простую модель ее расширения для обработки
типов, определяемых пользователем. Ее пользовательский интерфейс находится в
. В этой главе описывается сама библиотека, некоторые способы ее применения
и методы, которые использовались при ее реализации.
8.1 Введение
Разработка и реализация стандартных средств ввода/вывода для языка программирования
зарекомендовала себя как заведомо трудная работа. Традиционно средства ввода/вывода
разрабатывались исключительно для небольшого числа встроенных типов данных.
Однако в C++ программах обычно используется много типов, определенных пользователем,
и нужно обрабатывать ввод и вывод также и значений этих типов. Очевидно, средство
ввода/вывода должно быть простым, удобным, надежным в употреблении, эффективным
и гибким, и ко всему прочему полным. Ничье решение еще не смогло угодить всем,
поэтому у пользователя должна быть возможность задавать альтернативные средства
ввода/вывода и расширять стандартные средства ввода/вывода применительно к требованиям
приложения.
C++ разработан так, чтобы у пользователя была возможность определять новые типы
столь же эффективные и удобные, сколь и встроенные типы. Поэтому обоснованным
является требование того, что средства ввода/вывода для C++ должны обеспечиваться
в C++ с применением только тех средств, которые доступны каждому программисту.
Описываемые здесь средства ввода/вывода представляют собой попытку ответить
на этот вызов.
Средства ввода/вывода связаны исключительно с обработкой преобразования типизированных
объектов в последовательности символов и обратно. Есть и другие схемы ввода/вывода,
но эта является основополагающей в системе UNIX, и большая часть видов бинарного
ввода/вывода обрабатывается через рассмотрение символа просто как набор бит,
при этом его общепринятая связь с алфавитом игнорируется. Тогда для программиста
ключевая проблема заключается в задании соответствия между типизированным объектом
и принципиально не типизированной строкой.
Обработка и встроенных и определенных пользователем типов однородным образом
и с гарантией типа достигается с помощью одного перегруженного имени функции
для набора функций вывода. Например:
put(cerr,"x = "); // cerr - поток вывода ошибок
put(cerr,x);
put(cerr,"\n");
Тип параметра определяет то, какая из функций put будет вызываться для каждого
параметра. Это решение применялось в нескольких языках. Однако ему недостает
лаконичности. Перегрузка операции
cerr
где cerr - стандартный поток вывода ошибок. Поэтому, если x является int со
значением 123, то этот оператор напечатает в стандартный поток вывода ошибок
x = 123
и символ новой строки. Аналогично, если X принадлежит определенному пользователем
типу complex и имеет значение (1,2.4), то приведенный выше оператор напечатает
в cerr
x = 1,2.4)
Этот метод можно применять всегда, когда для x определена операция
8.2 Вывод
8.2.1 Вывод Встроенных Типов
8.2.2 Некоторые Подробности Разработки
8.2.3 Форматированный Вывод
8.2.4 Виртуальная Функция Вывода
В этом разделе сначала обсуждаются средства форматного и бесформатного вывода
встроенных типов, потом приводится стандартный способ спецификации действий
вывода для определяемых пользователем типов.
8.2.1 Вывод Встроенных Типов
Класс ostream определяется вместе с операцией
class ostream {
// ...
public:
ostream& operator
8.2.2 Некоторые Подробности Разработки
Операция вывода используется, чтобы избежать той многословности, которую дало
бы использование функции вывода. Но почему
cout
Для таких операторов непросто выдать хорошие сообщения об ошибках.
Операции
cout
Естественно, при написании выражений, которые содержат операции с более низкими
приоритетами, скобки использовать надо. Например:
cout
Операцию левого сдвига тоже можно применять в операторе вывода:
cout
8.2.3 Форматированный Вывод
Пока
char* oct(long, int =0); // восьмеричное представление
char* dec(long, int =0); // десятичное представление
char* hex(long, int =0); // шестнадцатиричное представление
char* chr(int, int =0); // символ
char* str(char*, int =0); // строка
Если не задано поле нулевой длины, то будет производиться усечение или дополнение;
иначе будет использоваться столько символов (ровно), сколько нужно. Например:
cout
Если x==15, то в результате получится:
dec(15) = oct( 17) = hex( f);
Можно также использовать строку в общем формате:
char* form(char* format ...);
cout
8.2.4 Виртуальная Функция Вывода
Иногда функция вывода должна быть virtual. Рассмотрим пример класса shape, который
дает понятие фигуры (#1.18):
class shape {
// ...
public:
// ...
virtual void draw(ostream& s); // рисует "this" на "s"
};
class circle : public shape {
int radius;
public:
// ...
void draw(ostream&);
};
То есть, круг имеет все признаки фигуры и может обрабатываться как фигура, но
имеет также и некоторые специальные свойства, которые должны учитываться при
его обработке.
Чтобы поддерживать для таких классов стандартную парадигму вывода, операция
ostream& operator
return s;
}
Если next - итератор типа определенного в #7.3.3, то список фигур распечатывается
например так:
while ( p = next() ) cout
8.3 Файлы и Потоки
8.3.1 Инициализация Потоков Вывода
8.3.2 Закрытие Потоков Вывода
8.3.3 Открытие Файлов
8.3.4 Копирование Потоков
Потоки обычно связаны с файлами. Библиотека потоков создает стандартный поток
ввода cin, стандартный поток вывода cout и стандартный поток ошибок cerr. Программист
может открывать другие файлы и создавать для них потоки.
8.3.1 Инициализация Потоков Вывода
ostream имеет конструкторы:
class ostream {
// ...
ostream(streambuf* s); // связывает с буфером потока
ostream(int fd); // связывание для файла
ostream(int size, char* p); // связывет с вектором
};
Главная работа этих конструкторов - связывать с потоком буфер. streambuf - класс,
управляющий буферами; он описывается в #8.6, как и класс filebuf, управляющий
streambuf для файла. Класс filebuf является производным от класса streambuf.
Описание стандартных потоков вывода cout и cerr, которое находится в исходных
кодах библиотеки потоков ввода/вывода, выглядит так:
// описать подходящее пространство буфера
char cout_buf[BUFSIZE]
// сделать "filebuf" для управления этим пространством
// связать его с UNIX'овским потоком вывода 1 (уже открытым)
filebuf cout_file(1,cout_buf,BUFSIZE);
// сделать ostream, обеспечивая пользовательский интерфейс
ostream cout(&cout_file);
char cerr_buf[1];
// длина 0, то есть, небуферизованный
// UNIX'овский поток вывода 2 (уже открытый)
filebuf cerr_file()2,cerr_buf,0;
ostream cerr(&cerr_file);
Примеры двух других конструкторов ostream можно найти в #8.3.3 и #8.5.
8.3.2 Закрытие Потоков Вывода
Деструктор для ostream сбрасывает буфер с помощью открытого члена функции ostream::flush():
ostream::~ostream()
{
flush(); // сброс
}
Сбросить буфер можно также и явно. Например:
cout.flush();
8.3.3 Открытие Файлов
Точные детали того, как открываются и закрываются файлы, различаются в разных
операционных системах и здесь подробно не описываются. Поскольку после включения
становятся доступны cin, cout и cerr, во многих (если не во всех) программах
не нужно держать код для открытия файлов. Вот, однако, программа, которая открывает
два файла, заданные как параметры командной строки, и копирует первый во второй:
#include
void error(char* s, char* s2)
{
cerr
}
main(int argc, char* argv[])
{
if (argc != 3) error("неверное число параметров","");
filebuf f1;
if (f1.open(argv[1],input) == 0)
error("не могу открыть входной файл",argv[1]);
istream from(&f1);
filebuf f2;
if (f2.open(argv[2],output) == 0)
error("не могу создать выходной файл",argv[2]);
ostream to(&f2);
char ch;
while (from.get(ch)) to.put(ch);
if (!from.eof() !! to.bad())
error("случилось нечто странное","");
}
Последовательность действий при создании ostream для именованного файла та же,
что используется для стандартных потоков: (1) сначала создается буфер (здесь
это делается посредством описания filebuf); (2) затем к нему подсоединяется
файл (здесь это делается посредством открытия файла с помощью функции filebuf::open());
и, наконец, (3) создается сам ostream с filebuf в качестве параметра. Потоки
ввода обрабатываются аналогично. Файл может открываться в одной из двух мод:
enum open_mode { input, output };
Действие filebuf::open() возвращает 0, если не может открыть файл в соответствие
с требованием. Если пользователь пытается открыть файл, которого не существует
для output, он будет создан.
Перед завершением программа проверяет, находятся ли потоки в приемлемом состоянии
(см. #8.4.2). При завершении программы открытые файлы неявно закрываются.
Файл можно также открыть одновременно для чтения и записи, но в тех случаях,
когда это оказывается необходимо, парадигма потоков редко оказывается идеальной.
Часто лучше рассматривать такой файл как вектор (гигантских размеров). Можно
определить тип, который позволяет программе обрабатывать файл как вектор.