Бьерн Страуструп. Язык программирования С Второе дополненное издание
 Скачать 2.87 Mb.
|
Операцию ввода для пользовательского типа можно определить в точности так же, как и операцию вывода, но для операции ввода существенно, чтобы второй параметр имел тип ссылки, например: istream& operator>>(istream& s, complex& a) /* формат input рассчитан на complex; "f" обозначает float: f ( f ) ( f , f ) */ { double re = 0, im = 0; char c = 0; s >> c; if (c == '(') { s >> re >> c; if (c == ',') s >> im >> c; if (c != ')') s.clear(ios::badbit); // установим состояние } else { s.putback(c); s >> re; } if (s) a = complex(re,im); return s; } Несмотря на сжатость кода, обрабатывающего ошибки, на самом деле учитывается большая часть ошибок. Инициализация локальной переменной с нужна для того, чтобы в нее не попало случайное значение, например '(', в случае неудачной операции. Последняя проверка состояния потока гарантирует, что параметр a получит значение только при успешном вводе. Операция, устанавливающая состояние потока, названа clear() (здесь clear - ясный, правильный), поскольку чаще всего она используется для восстановления состояния потока как good(); значением по умолчанию для параметра ios::clear() является ios::goodbit. Бьерн Страуструп. Язык программирования С++ 266 10.4 Форматирование Все примеры из 10.2 содержали неформатированный вывод, который являлся преобразованием объекта в последовательность символов, задаваемую стандартными правилами, длина которой также определяется этими правилами. Часто программистам требуются более развитые возможности. Так, возникает потребность контролировать размер памяти, необходимой для операции вывода, и формат, используемый для выдачи чисел. Точно так же допустимо управление некоторыми аспектами ввода. 10.4.1 Класс ios Большинство средств управления вводом-выводом сосредоточены в классе ios, который является базовым для ostream и istream. По сути здесь находится управление связью между istream или ostream и буфером, используемым для операций ввода-вывода. Именно класс ios контролирует: как символы попадают в буфер и как они выбираются оттуда. Так, в классе ios есть член, содержащий информацию об используемой при чтении или записи целых чисел системы счисления (десятичная, восьмеричная или шестнадцатеричная), о точности вещественных чисел и т.п., а также функции для проверки и установки значений переменных, управляющих потоком. class ios { //... public: ostream* tie(ostream* s); // связать input и output ostream* tie(); // возвратить "tie" int width(int w); // установить поле width int width() const; char fill(char); // установить символ заполнения char fill() const; // вернуть символ заполнения long flags(long f); long flags() const; long setf(long setbits, long field); long setf(long); long unsetf(long); int precision(int); // установить точность для float int precision() const; int rdstate(); const; // состояния потоков, см. $$10.3.2 int eof() const; int fail() const; int bad() const; int good() const; void clear(int i=0); //... }; В 10.3.2 описаны функции, работающие с состоянием потока, остальные приведены ниже. 10.4.1.1 Связывание потоков Функция tie() может установить и разорвать связь между ostream и istream. Рассмотрим пример: main() { String s; cout << "Password: "; cin >> s; // } Как можно гарантировать, что приглашение Password: появится на экране прежде, чем выполниться операция чтения? Вывод в cout и ввод из cin буферизуются, причем независимо, поэтому Password: появится только по завершении программы, когда закроется буфер вывода. Бьерн Страуструп. Язык программирования С++ 267 Решение состоит в том, чтобы связать cout и cin с помощью операции cin.tie(cout). Если ostream связан с потоком istream, то буфер вывода выдается при каждой операции ввода над istream. Тогда операции cout << "Password: "; cin >> s; эквивалентны cout << "Password: "; cout.flush(); cin >> s; Обращение is.tie(0) разрывает связь между потоком is и потоком, с которым он был связан, если такой был. Подобно другим потоковым функциям, устанавливающим определенное значение, tie(s) возвращает предыдущее значение, т.е. значение связанного потока перед обращением или 0. Вызов без параметра tie() возвращает текущее значение. 10.4.1.2 Поля вывода Функция width() устанавливает минимальное число символов, использующееся в последующей операции вывода числа или строки. Так в результате следующих операций cout.width(4); cout << '(' << 12 << ')'; получим число 12 в поле размером 4 символа, т.е. ( 12) Заполнение поля заданными символами или выравнивание можно установить с помощью функции fill(), например: cout.width(4); cout.fill('#'); cout << '(' << "ab" << ')'; напечатает (##ab) По умолчанию поле заполняется пробелами, а размер поля по умолчанию есть 0, что означает "столько символов, сколько нужно". Вернуть размеру поля стандартное значение можно с помощью вызова cout.width(0); // ``столько символов, сколько надо'' Функция width() задает минимальное число символов. Если появится больше символов, они будут напечатаны все, поэтому cout.width(4); cout << '(' << "121212" << ")\n"; напечатает (121212) Причина, по которой разрешено переполнение поля, а не усечение вывода, в том, чтобы избежать зависания при выводе. Лучше получить правильную выдачу, выглядящую некрасиво, чем красивую выдачу, являющуюся неправильной. Вызов width() влияет только на одну следующую за ним операцию вывода, поэтому cout.width(4); cout.fill('#'); cout << '(' << 12 << "),(" << '(' <<12 << ")\n"; напечатает (##12),(12) Бьерн Страуструп. Язык программирования С++ 268 а не (##12),(##12) как можно было бы ожидать. Однако, заметьте, что если бы влияние распространялось на все операции вывода чисел и строк, получился бы еще более неожиданный результат: (##12#),(##12# ) С помощью стандартного манипулятора, показанного в 10.4.2.1, можно более элегантно задавать размера поля вывода. 10.4.1.3 Состояние формата В классе ios содержится состояние формата, которое управляется функциями flags() и setf(). По сути эти функции нужны, чтобы установить или отменить следующие флаги: class ios { public: // управляющие форматом флаги: enum { skipws=01, // пропуск обобщенных пробелов для input // поле выравнивания: left=02, // добавление перед значением right=04, // добавление после значения internal=010, // добавление между знаком и значением // основание целого: dec=020, // восьмеричное oct=040, // десятичное hex=0100, // шестнадцатеричное showbase=0200, // показать основание целого showpoint=0400, // выдать нули в конце uppercase=01000, // 'E', 'X' , а не 'e', 'x' showpos=02000, // '+' для положительных чисел // запись числа типа float: scientific=04000, // .dddddd Edd fixed=010000, // dddd.dd // сброс в выходной поток: unitbuf=020000, // после каждой операции stdio=040000 // после каждого символа }; //... }; Смысл флагов будет разъяснен в последующих разделах. Конкретные значения флагов зависят от реализации и даны здесь только для того, чтобы избежать синтаксически неверных конструкций. Определение интерфейса как набора флагов и операций для их установки или отмены - это оцененный временем, хотя и несколько устаревший прием. Основное его достоинство в том, что пользователь может собрать воедино набор флагов, например, так: const int my_io_options = ios::left|ios::oct|ios::showpoint|ios::fixed; Такое множество флагов можно задавать как параметр одной операции cout.flags(my_io_options); а также просто передавать между функциями одной программы: void your_function(int ios_options); void my_function() Бьерн Страуструп. Язык программирования С++ 269 { // your_function(my_io_options); // } Множество флагов можно установить с помощью функции flags(), например: void your_function(int ios_options) { int old_options = cout.flags(ios_options); // cout.flags(old_options); // reset options } Функция flags() возвращает старое значение множества флагов. Это позволяет переустановить значения всех флагов, как показано выше, а также задать значение отдельному флагу. Например вызов myostream.flags(myostream.flags()|ios::showpos); заставляет класс myostream выдавать положительные числа со знаком + и, в то же время, не меняет значения других флагов. Получается старое значение множества флагов, к которому добавляется с помощью операции | флаг showpos. Функция setf() делает то же самое, поэтому эквивалентная запись имеет вид myostream.setf(ios::showpos); После установки флаг сохраняет значение до явной отмены. Все-таки управление вводом-выводом с помощью установки и отмены флагов - грубое и ведущее к ошибкам решение. Если только вы тщательно не изучите свое справочное руководство и не будете применять флаги только в простых случаях, как это делается в последующих разделах, то лучше использовать манипуляторы (описанные в 10.4.2.1). Приемы работы с состоянием потока лучше изучить на примере реализации класса, чем изучая интерфейс класса. 10.4.1.4 Вывод целых Прием задания нового значения множества флагов с помощью операции | и функций flags() и setf() работает только тогда, когда один бит определяет значение флага. Не такая ситуация при задании системы счисления целых или вида выдачи вещественных. Здесь значение, определяющее вид выдачи, нельзя задать одним битом или комбинацией отдельных битов. Решение, принятое в Поэтому обращения cout.setf(ios::oct,ios::basefield); // восьмеричное cout.setf(ios::dec,ios::basefield); // десятичное cout.setf(ios::hex,ios::basefield); // шестнадцатеричное установят систему счисления, не затрагивая других компонентов состояния потока. Если система счисления установлена, она используется до явной переустановки, поэтому cout << 1234 << ' '; // десятичное по умолчанию cout << 1234 << ' '; cout.setf(ios::oct,ios::basefield); // восьмеричное cout << 1234 << ' '; cout << 1234 << ' '; cout.setf(ios::hex,ios::basefield); // шестнадцатеричное cout << 1234 << ' '; cout << 1234 << ' '; напечатает Бьерн Страуструп. Язык программирования С++ 270 1234 1234 2322 2322 4d2 4d2 Если появится необходимость указывать систему счисления для каждого выдаваемого числа, следует установить флаг showbase. Поэтому, добавив перед приведенными выше обращениями cout.setf(ios::showbase); мы получим 1234 1234 02322 02322 0x4d2 0x4d2 Стандартные манипуляторы, приведенные в $$10.4.2.1, предлагают более элегантный способ определения системы счисления при выводе целых. 10.4.1.5 Выравнивание полей С помощью обращений к setf() можно управлять расположением символов в пределах поля: cout.setf(ios::left,ios::adjustfield); // влево cout.setf(ios::right,ios::adjustfield); // вправо cout.setf(ios::internal,ios::adjustfield); // внутреннее Будет установлено выравнивание в поле вывода, определяемом функцией ios::width(), причем не затрагивая других компонентов состояния потока. Выравнивание можно задать следующим образом: cout.width(4); cout << '(' << -12 << ")\n"; cout.width(4); cout.setf(ios::left,ios::adjustfield); cout << '(' << -12 << ")\n"; cout.width(4); cout.setf(ios::internal,ios::adjustfield); cout << '(' << -12 << "\n"; что выдаст ( -12) (-12 ) (- 12) Если установлен флаг выравнивания internal (внутренний), то символы добавляются между знаком и величиной. Как видно, стандартным является выравнивание вправо. 10.4.1.6 Вывод плавающих чисел. Вывод вещественных величин также управляется с помощью функций, работающих с состоянием потока. В частности, обращения: cout.setf(ios::scientific,ios::floatfield); cout.setf(ios::fixed,ios::floatfield); cout.setf(0,ios::floatfield); // вернуться к стандартному установят вид печати вещественных чисел без изменения других компонентов состояния потока. Например: cout << 1234.56789 << '\n'; cout.setf(ios::scientific,ios::floatfield); cout << 1234.56789 << '\n'; cout.setf(ios::fixed,ios::floatfield); cout << 1234.56789 << '\n'; напечатает 1234.57 Бьерн Страуструп. Язык программирования С++ 271 1.234568e+03 1234.567890 После точки печатается n цифр, как задается в обращении cout.precision(n) По умолчанию n равно 6. Вызов функции precision влияет на все операции ввода-вывода с вещественными до следующего обращения к precision, поэтому cout.precision(8); cout << 1234.56789 << '\n'; cout << 1234.56789 << '\n'; cout.precision(4); cout << 1234.56789 << '\n'; cout << 1234.56789 << '\n'; выдаст 1234.5679 1234.5679 1235 1235 Заметьте, что происходит округление, а не отбрасывание дробной части. Стандартные манипуляторы, введенные в $$10.4.2.1, предлагают более элегантный способ задания формата вывода вещественных. 10.4.2 Манипуляторы К ним относятся разнообразные операции, которые приходится применять сразу перед или сразу после операции ввода-вывода. Например: cout << x; cout.flush(); cout << y; cin.eatwhite(); cin >> x; Если писать отдельные операторы как выше, то логическая связь между операторами неочевидна, а если утеряна логическая связь, программу труднее понять. Идея манипуляторов позволяет такие операции как flush() или eatwhite() прямо вставлять в список операций ввода-вывода. Рассмотрим операцию flush(). Можно определить класс с операцией operator<<(), в котором вызывается flush(): class Flushtype { }; ostream& operator<<(ostream& os, Flushtype) { return flush(os); } определить объект такого типа Flushtype FLUSH; и добиться выдачи буфера, включив FLUSH в список объектов, подлежащих выводу: cout << x << FLUSH << y << FLUSH ; Теперь установлена явная связь между операциями вывода и сбрасывания буфера. Однако, довольно быстро надоест определять класс и объект для каждой операции, которую мы хотим применить к поточной операции вывода. К счастью, можно поступить лучше. Рассмотрим такую функцию: typedef ostream& (*Omanip) (ostream&); Бьерн Страуструп. Язык программирования С++ 272 ostream& operator<<(ostream& os, Omanip f) { return f(os); } Здесь операция вывода использует параметры типа "указатель на функцию, имеющую аргумент ostream& и возвращающую ostream&". Отметив, что flush() есть функция типа "функция с аргументом ostream& и возвращающая ostream&", мы можем писать cout << x << flush << y << flush; получив вызов функции flush(). На самом деле в файле // public: ostream& operator<<(ostream& ostream& (*)(ostream&)); // }; В приведенной ниже строке буфер выталкивается в поток cout дважды в подходящее время: cout << x << flush << y << flush; Похожие определения существуют и для класса istream: istream& ws(istream& is ) { return is.eatwhite(); } class istream : public virtual ios { // public: istream& operator>>(istream&, istream& (*) (istream&)); // }; поэтому в строке cin >> ws >> x; действительно обобщенные пробелы будут убраны до попытки чтения в x. Однако, поскольку по умолчанию для операции >> пробелы "съедаются" и так, данное применение ws() избыточно. Находят применение и манипуляторы с параметрами. Например, может появиться желание с помощью cout << setprecision(4) << angle; напечатать значение вещественной переменной angle с точностью до четырех знаков после точки. Для этого нужно уметь вызывать функцию, которая установит значение переменной, управляющей в потоке точностью вещественных. Это достигается, если определить setprecision(4) как объект, который можно "выводить" с помощью operator<<(): class Omanip_int { int i; ostream& (*f) (ostream&,int); public: Omanip_int(ostream& (*ff) (ostream&,int), int ii) : f(ff), i(ii) { } friend ostream& operator<<(ostream& os, Omanip& m) { return m.f(os,m.i); } }; Бьерн Страуструп. Язык программирования С++ 273 Конструктор Omanip_int хранит свои аргументы в i и f, а с помощью operator<< вызывается f() с параметром i. Часто объекты таких классов называют объект-функция. Чтобы результат строки cout << setprecision(4) << angle был таким, как мы хотели, необходимо чтобы обращение setprecision(4) создавало безымянный объект класса Omanip_int, содержащий значение 4 и указатель на функцию, которая устанавливает в потоке ostream значение переменной, задающей точность вещественных: ostream& _set_precision(ostream&,int); Omanip_int setprecision(int i) { return Omanip_int(&_set_precision,i); } Учитывая сделанные определения, operator<<() приведет к вызову precision(i). Утомительно определять классы наподобие Omanip_int для всех типов аргументов, поэтому определим шаблон типа: template T i; ostream& (*f) (ostream&,T); public: OMANIP(ostream (*ff) (ostream&,T), T ii) : f(ff), i(ii) { } friend ostream& operator<<(ostream& os, OMANIP& m) { return m.f(os,m.i) } }; С помощью OMANIP пример с установкой точности можно сократить так: ostream& precision(ostream& os,int) { os.precision(i); return os; } OMANIP { return OMANIP } В файле SMANIP, а SMANIP - двойник для ioss. Некоторые из стандартных манипуляторов, предлагаемых поточной библиотекой, описаны ниже. Отметим,что программист может определить новые необходимые ему манипуляторы, не затрагивая определений istream, ostream, OMANIP или SMANIP. Идею манипуляторов предложил А. Кениг. Его вдохновили процедуры разметки (layout ) системы ввода- вывода Алгола68. Такая техника имеет много интересных приложений помимо ввода-вывода. Суть ее в том, что создается объект, который можно передавать куда угодно и который используется как функция. Передача объекта является более гибким решением, поскольку детали выполнения частично определяются создателем объекта, а частично тем, кто к нему обращается. 10.4.2.1 Стандартные манипуляторы ввода-вывода Это следующие манипуляторы: // Simple manipulators: ios& oct(ios&); // в восьмеричной записи ios& dec(ios&); // в десятичной записи ios& hex(ios&); // в шестнадцатеричной записи ostream& endl(ostream &); // добавить '\n' и вывести Бьерн Страуструп. Язык программирования С++ 274 ostream& ends(ostream&); // добавить '\0' и вывести ostream& flush(ostream&); // выдать поток istream& ws(istream&); // удалить обобщенные пробелы // Манипуляторы имеют параметры: SMANIP SMANIP SMANIP SMANIP SMANIP SMANIP Например, cout << 1234 << ' ' << hex << 1234 << ' ' << oct << 1234 << endl; напечатает 1234 4d2 2322 и cout << setw(4) << setfill('#') << '(' << 12 << ")\n"; cout << '(' << 12 << ")\n"; напечатает (##12) (12) Не забудьте включить файл 10.4.3 Члены ostream В классе ostream есть лишь несколько функций для управления выводом, большая часть таких функций находится в классе ios. class ostream : public virtual ios { //... public: ostream& flush(); ostream& seekp(streampos); ostream& seekp(streamoff, seek_dir); streampos tellp(); //... }; Как мы уже говорили, функция flush() опустошает буфер в выходной поток. Остальные функции используются для позиционирования в ostream при записи. Окончание на букву p указывает, что именно позиция используется при выдаче символов в заданный поток. Конечно эти функции имеют смысл, только если поток присоединен к чему-либо, что допускает позиционирование, например файл. Тип streampos представляет позицию символа в файле, а тип streamoff представляет смещение относительно позиции, заданной seek_dir. Все они определены в классе ios: class ios { //... enum seek_dir { beg=0, // от начала файла cur=1, // от текущей позиции в файле end=2 // от конца файла }; Бьерн Страуструп. Язык программирования С++ 275 //... }; Позиции в потоке отсчитываются от 0, как если бы файл был массивом из n символов: char file[n-1]; и если fout присоединено к file, то fout.seek(10); fout<<'#'; поместит # в file[10]. 10.4.4 Члены istream Как и для ostream, большинство функций форматирования и управления вводом находится не в классе iostream, а в базовом классе ios. class istream : public virtual ios { //... public: int peek() istream& putback(char c); istream& seekg(streampos); istream& seekg(streamoff, seek_dir); streampos tellg(); //... }; Функции позиционирования работают как и их двойники из ostream. Окончание на букву g показывает, что именно позиция используется при вводе символов из заданного потока. Буквы p и g нужны, поскольку мы можем создать производный класс iostreams из классов ostream и istream, и в нем необходимо следить за позициями ввода и вывода. С помощью функции peek() программа может узнать следующий символ, подлежащий вводу, не затрагивая результата последующего чтения. С помощью функции putback(), как показано в $$10.3.3, можно вернуть ненужный символ назад в поток, чтобы он был прочитан в другое время. 10.5 Файлы и потоки Ниже приведена программа копирования одного файла в другой. Имена файлов берутся из командной строки программы: #include #include { cerr << s << ' ' << s2 << '\n'; exit(1); } int main(int argc, char* argv[]) { if (argc != 3) error("wrong number of arguments"); ifstream from(argv[1]); if (!from) error("cannot open input file",argv[1]); ostream to(argv[2]); if (!to) error("cannot open output file",argv[2]); char ch; while (from.get(ch)) to.put(ch); Бьерн Страуструп. Язык программирования С++ 276 if (!from.eof() || to.bad()) error("something strange happened"); return 0; } Для открытия выходного файла создается объект класса ofstream - выходной поток файла, использующий в качестве аргумента имя файла. Аналогично, для открытия входного файла создается объект класса ifstream - входной файловый поток, также использующий в качестве аргумента имя файла. В обоих случаях следует проверить состояние созданного объекта, чтобы убедиться в успешном открытии файла, а если это не так, операции завершатся не успешно, но корректно. По умолчанию ifstream всегда открывается на чтение, а ofstream открывается на запись. В ostream и в istream можно использовать необязательный второй аргумент, указывающий иные режимы открытия: class ios { public: //... enum open_mode { in=1, // открыть на чтение out=2, // открыть как выходной ate=4, // открыть и переместиться в конец файла app=010, // добавить trunc=020, // сократить файл до нулевой длины nocreate=040, // неудача, если файл не существует noreplace=0100 // неудача, если файл существует }; //... }; Настоящие значения для open_mode и их смысл вероятно будут зависеть от реализации. Будьте добры, за деталями обратитесь к руководству по вашей библиотеке или экспериментируйте. Приведенные комментарии могут прояснить их назначение. Например, можно открыть файл с условием, что операция открытия не выполнится, если файл уже не существует: void f() { ofstream mystream(name,ios::out|ios::nocreate); if (ofstream.bad()) { //... } //... } Также можно открыть файл сразу на чтение и запись: fstream dictionary("concordance", ios::in|ios::out); Все операции, допустимые для ostream и ostream, можно применять к fstream. На самом деле, класс fstream является производным от iostream, который является, в свою очередь, производным от istream и ostream. Причина, по которой информация по буферизации и форматированию для ostream и istream находится в виртуальном базовом классе ios, в том, чтобы заставить действовать всю эту последовательность производных классов. По этой же причине операции позиционирования в istream и ostream имеют разные имена - seekp() и seekg(). В iostream есть отдельные позиции для чтения и записи. 10.5.1 Закрытие потоков Файл может быть закрыт явно, если вызвать close() для его потока: mystream.close(); Но это неявно делает деструктор потока, так что явный вызов close() может понадобиться, если только файл нужно закрыть до достижения конца области определенности потока. Бьерн Страуструп. Язык программирования С++ 277 Здесь возникает вопрос, как реализация может обеспечить создание предопределенных потоков cout, cin и cerr до их первого использования и закрытие их только после последнего использования. Конечно, разные реализации библиотеки потоков из Основная идея в том, чтобы определить вспомогательный класс, который по сути служит счетчиком, следящим за тем, сколько раз //... public: Io_init(); ^Io_init(); }; static Io_init io_init ; Для каждого программного файла определен свой объект с именем io_init. Конструктор для объектов io_init использует Io_init::count как первый признак того, что действительная инициализация глобальных объектов потоковой библиотеки ввода-вывода сделана в точности один раз: Io_init::Io_init() { if (count++ == 0) { // инициализировать cout // инициализировать cerr // инициализировать cin // и т.д. } } Обратно, деструктор для объектов io_init использует Io_count, как последнее указание на то, что все потоки закрыты: Io_init::^Io_init() { if (--count == 0) { // очистить cout (сброс, и т.д.) // очистить cerr (сброс, и т.д.) // очистить cin // и т.д. } } Это общий прием работы с библиотеками, требующими инициализации и удаления глобальных объектов. Впервые в С++ его применил Д. Шварц. В системах, где при выполнении все программы размещаются в основной памяти, для этого приема нет помех. Если это не так, то накладные расходы, связанные с вызовом в память каждого программного файла для выполнения функций инициализации, будут заметны. Как всегда, лучше, по возможности, избегать глобальных объектов. Для классов, в которых каждая операция значительна по объему выполняемой работы, чтобы гарантировать инициализацию, было бы разумно проверять такие первые признаки (наподобие Io_init::count) при каждой операции. Однако, для потоков такой подход был бы излишне расточительным. 10.5.2 Строковые потоки Как было показано, поток может быть привязан к файлу, т.е. массиву символов, хранящемуся не в основной памяти, а, например, на диске. Точно так же поток можно привязать к массиву символов в Бьерн Страуструп. Язык программирования С++ 278 основной памяти. Например, можно воспользоваться выходным строковым потоком ostrstream для форматирования сообщений, не подлежащих немедленной печати: char* p = new char[message_size]; ostrstream ost(p,message_size); do_something(arguments,ost); display(p); С помощью стандартных операций вывода функция do_something может писать в поток ost, передавать ost подчиняющимся ей функциям и т.п. Контроль переполнения не нужен, поскольку ost знает свой размер и при заполнении перейдет в состояние, определяемое fail(). Затем функция display может послать сообщение в "настоящий" выходной поток. Такой прием наиболее подходит в тех случаях, когда окончательная операция вывода предназначена для записи на более сложное устройство, чем традиционное, ориентированное на последовательность строк, выводное устройство. Например, текст из ost может быть помещен в фиксированную область на экране. Аналогично, istrstream является вводным строковым потоком, читающим из последовательности символов, заканчивающейся нулем: void word_per_line(char v[], int sz) /* печатать "v" размером "sz" по одному слову в строке */ { istrstream ist(v,sz); // создать istream для v char b2[MAX]; // длиннее самого длинного слова while (ist>>b2) cout < Завершающий нуль считается концом файла. Строковые потоки описаны в файле 10.5.3 Буферизация Все операции ввода-вывода были определены без всякой связи с типом файла, но нельзя одинаково работать со всеми устройствами без учета алгоритма буферизации. Очевидно, что потоку ostream, привязанному к строке символов, нужен не такой буфер, как ostream, привязанному к файлу. Такие вопросы решаются созданием во время инициализации разных буферов для потоков разных типов. Но существует только один набор операций над этими типами буферов, поэтому в ostream нет функций, код которых учитывает различие буферов. Однако, функции, следящие за переполнением и обращением к пустому буферу, являются виртуальными. Это хороший пример применения виртуальных функций для единообразной работы с эквивалентными логически, но различно реализованными структурами, и они вполне справляются с требуемыми алгоритмами буферизации. Описание буфера потока в файле // управление буфером потока protected: char* base; // начало буфера char* pptr; // следующий свободный байт char* gptr; // следующий заполненный байт char* eptr; // один из указателей на конец буфера char alloc; // буфер, размещенный с помощью "new" //... // Опустошить буфер: // Вернуть EOF при ошибке, 0 - удача virtual int overflow(int c = EOF); // Заполнить буфер: // Вернуть EOF в случае ошибки или конца входного потока, // иначе вернуть очередной символ virtual int underflow(); //... Бьерн Страуструп. Язык программирования С++ 279 public: streambuf(); streambuf(char* p, int l); virtual streambuf(); int snextc() // получить очередной символ { return (++gptr==pptr) ? underflow() : *gptr&0377; } int allocate(); // отвести память под буфер //... }; Подробности реализации класса streambuf приведены здесь только для полноты представления. Не предполагается, что есть общедоступные реализации, использующие именно эти имена. Обратите внимание на определенные здесь указатели, управляющие буфером; с их помощью простые посимвольные операции с потоком можно определить максимально эффективно (и причем однократно) как функции-подстановки. Только функции overflow() и underflow() требует своей реализации для каждого алгоритма буферизации, например: class filebuf : public streambuf { protected: int fd; // дескриптор файла char opened; // признак открытия файла public: filebuf() { opened = 0; } filebuf(int nfd, char* p, int l) : streambuf(p,l) { /* ... */ } filebuf() { close(); } int overflow(int c=EOF); int underflow(); filebuf* open(char *name, ios::open_mode om); int close() { /* ... */ } //... }; int filebuf::underflow() // заполнить буфер из "fd" { if (!opened || allocate()==EOF) return EOF; int count = read(fd, base, eptr-base); if (count < 1) return EOF; gptr = base; pptr = base + count; return *gptr & 0377; // &0377 предотвращает размножение знака } За дальнейшими подробностями обратитесь к руководству по реализации класса streambuf. 10.6 Ввод-вывод в С Поскольку текст программ на С и на С++ часто путают, то путают иногда и потоковый ввод-вывод С++ и функции ввода-вывода семейства printf для языка С. Далее, т.к. С-функции можно вызывать из программы на С++, то многие предпочитают использовать более знакомые функции ввода-вывода С. По этой причине здесь будет дана основа функций ввода-вывода С. Обычно операции ввода-вывода на С и на С++ могут идти по очереди на уровне строк. Перемешивание их на уровне посимвольного ввода- вывода возможно для некоторых реализаций, но такая программа может быть непереносимой. Некоторые реализации потоковой библиотеки С++ при допущении ввода-вывода на С требуют вызова статической функции-члена ios::sync_with_stdio(). В общем, потоковые функции вывода имеют перед стандартной функцией С printf() то преимущество, что потоковые функции обладают определенной типовой надежностью и единообразно определяют Бьерн Страуструп. Язык программирования С++ 280 вывод объектов предопределенного и пользовательского типов. Основная функция вывода С есть int printf(const char* format, ...) и она выводит произвольную последовательность параметров в формате, задаваемом строкой форматирования format. Строка форматирования состоит из объектов двух типов: простые символы, которые просто копируются в выходной поток, и спецификации преобразований, каждая из которых преобразует и печатает очередной параметр. Каждая спецификация преобразования начинается с символа %, например printf("there were %d members present.",no_of_members); Здесь %d указывает, что no_of_members следует считать целым и печатать как соответствующую последовательность десятичных цифр. Если no_of_members==127, то будет напечатано there were 127 members present. Набор спецификаций преобразований достаточно большой и обеспечивает большую гибкость печати. За символом % может следовать: - необязательный знак минус, задающий выравнивание влево в указанном поле для преобразованного значения; d необязательная строка цифр, задающая ширину поля; если в преобразованном значении меньше символов, чем ширина строки, то оно дополнится до ширины поля пробелами слева (или справа, если дана спецификация выравнивания влево); если строка ширины поля начинается с нуля, то дополнение будет проводится нулями, а не пробелами; необязательный символ точка служит для отделения ширины поля от последующей строки цифр; d необязательная строка цифр, задающая точность, которая определяет число цифр после десятичной точки для значений в спецификациях e или f, или же задает максимальное число печатаемых символов строки; * для задания ширины поля или точности может использоваться * вместо строки цифр. В этом случае должен быть параметр целого типа, который содержит значение ширины поля или точности; h необязательный символ h указывает, что последующая спецификация d, o, x или u относится к параметру типа короткое целое; l необязательный символ l указывает, что последующая спецификация d, o, x или u относится к параметру типа длинное целое; % обозначает, что нужно напечатать сам символ %; параметр не нужен; c символ, указывающий тип требуемого преобразования. Символы преобразования и их смысл следующие: d Целый параметр выдается в десятичной записи; o Целый параметр выдается в восьмеричной записи; x Целый параметр выдается в шестнадцатеричной записи; f Вещественный или с двойной точностью параметр выдается в десятичной записи вида [- ]ddd.ddd, где число цифр после точки равно спецификации точности для параметра. Если точность не задана, печатается шесть цифр; если явно задана точность 0, точка и цифры после нее не печатаются; e Вещественный или с двойной точностью параметр выдается в десятичной записи вида [- ]d.ddde+dd; здесь одна цифра перед точкой, а число цифр после точки равно спецификации точности для параметра; если она не задана печатается шесть цифр; g Вещественный или с двойной точностью параметр печатается по той спецификации d, f или e, которая дает большую точность при меньшей ширине поля; Бьерн Страуструп. Язык программирования С++ 281 c Символьный параметр печатается. Нулевые символы игнорируются; s Параметр считается строкой (символьный указатель), и печатаются символы из строки до нулевого символа или до достижения числа символов, равного спецификации точности; но, если точность равна 0 или не указана, печатаются все символы до нулевого; p Параметр считается указателем и его вид на печати зависит от реализации; u Беззнаковый целый параметр печатается в десятичной записи. Несуществующее поле или поле с шириной, меньшей реальной, приведет к усечению поля. Дополнение пробелами происходит, если только спецификация ширины поля больше реальной ширины. Ниже приведен более сложный пример: char* src_file_name; int line; char* line_format = "\n#line %d \"%s\"\n"; main() { line = 13; src_file_name = "C++/main.c"; printf("int a;\n"); printf(line_format,line,src_file_name); printf("int b;\n"); } в котором печатается int a; #line 13 "C++/main.c" int b; Использование printf() ненадежно в том смысле, что нет никакого контроля типов. Так, ниже приведен известный способ получения неожиданного результата - печати мусорного значения или чего похуже: char x; // ... printf("bad input char: %s",x); Однако, эти функции обеспечивают большую гибкость и знакомы программирующим на С. Как обычно, getchar() позволяет знакомым способом читать символы из входного потока: int i;: while ((i=getchar())!=EOF) { // символьный ввод C // используем i } Обратите внимание: чтобы было законным сравнение с величиной EOF типа int при проверке на конец файла, результат getchar() надо помещать в переменную типа int, а не char. За подробностями о вводе-выводе на С отсылаем к вашему руководству по С или книге Кернигана и Ритчи "Язык программирования С". 10.7 Упражнения 1. (*1.5) Читая файл вещественных чисел, составлять из пар прочитанных чисел комплексные числа, записать комплексные числа. 2. (*1.5) Определить тип name_and_address (тип_и_адрес). Определить для него << и >>. Написать программу копирования объектов потока name_and_address. 3. (*2) Разработать несколько функций для запроса и чтения данных разных типов. Предложения: целое, вещественное число, имя файла, почтовый адрес, дата, личная информация, и т.п. Попытайтесь сделать их устойчивыми к ошибкам. Бьерн Страуструп. Язык программирования С++ 282 4. (*1.5) Напишите программу, которая печатает: (1) строчные буквы, (2) все буквы, (3) все буквы и цифры, (4) все символы, входящие в идентификатор в вашей версии С++, (5) все знаки пунктуации, (6) целые значения всех управляющих символов, (7) все обобщенные пробелы, (8) целые значения всех обобщенных пробелов, и, наконец, (9) все изображаемые символы. 5. (*4) Реализуйте стандартную библиотеку ввода-вывода С ( 6. (*4) Реализуйте стандартную библиотеку ввода-вывода С++ ( 7. (*4) Реализуйте библиотеки С и С++ так, чтобы их можно было использовать одновременно. 8. (*2) Реализуйте класс, для которого операция [] перегружена так, чтобы обеспечить произвольное чтение символов из файла. 9. (*3) Повторите упражнение 8, но добейтесь, чтобы операция [] была применима для чтения и для записи. Подсказка: пусть [] возвращает объект "дескриптор типа", для которого присваивание означает: присвоить через дескриптор файлу, а неявное приведение к типу char означает чтение файла по дескриптору. 10. (*2) Повторите упражнение 9, позволяя операции [] индексировать объекты произвольных типов, а не только символы. 11. (*3.5) Продумайте и реализуйте операцию форматного ввода. Используйте для задания формата строку спецификаций как в printf(). Должна быть возможность попыток применения нескольких спецификаций для одного ввода, чтобы найти требуемый формат. Класс форматного ввода должен быть производным класса istream. 12. (*4) Придумайте (и реализуйте) лучшие форматы ввода. 13. (**2) Определите для вывода манипулятор based с двумя параметрами: система счисления и целое значение, и печатайте целое в представлении, определяемом системой счисления. Например, based(2,9) напечатает 1001. 14. (**2) Напишите "миниатюрную" систему ввода-вывода, которая реализует классы istream, ostream, ifstream, ofstream и предоставляет функции, такие как operator<<() и operator>>() для целых, и операции, такие как open() и close() для файлов. Используйте исключительные ситуации, а не переменные состояния, для сообщения об ошибках. 15. (**2) Напишите манипулятор, который включает и отключает эхо символа. |