Обмен данными между программой и внешними устройствами осуществляется с помощью операций ввода-вывода. Типичным внешним устройством является терминал. На терминале можно напечатать информацию. Можно ввести информацию с терминала, напечатав ее на клавиатуре. Другим типичным устройством является жесткий или гибкий диск, на котором расположены файлы. Программа может создавать файлы, в которых хранится информация. Другая (или эта же) программа может читать информацию из файла.
В языке Си++ нет особых операторов для ввода или вывода данных. Вместо этого имеется набор классов, стандартно поставляемых вместе с компилятором, которые и реализуют основные операции ввода-вывода.
Причиной является как слишком большое разнообразие операций ввода и вывода в разных операционных системах, особенно графических, так и возможность определения новых типов данных в языке Си++. Вывод даже простой строки текста в MS DOS, MS Windows и в X Window настолько различен, что пытаться придумать общие для всех них операторы было бы слишком негибко и на самом деле затруднило бы работу. Что же говорить о классах, определенных программистом, у которых могут быть совершенно специфические требования к их вводу-выводу.
Библиотека классов для ввода-вывода решает две задачи. Во-первых, она обеспечивает эффективный ввод-вывод всех встроенных типов и простое, но тем не менее гибкое, определение операций ввода-вывода для новых типов, разрабатываемых программистом. Во-вторых, сама библиотека позволяет при необходимости развивать её и модифицировать.
В нашу задачу не входит описание программирования в графических системах типа MS Windows. Мы будем рассматривать операции ввода-вывода файлов и алфавитно-цифровой вывод на терминал, который будет работать на консольном окне MS Windows, MS DOS или Unix.
Механизм для ввода-вывода в Си++ называется потоком. Название произошло от того, что информация вводится и выводится в виде потока байтов – символ за символом.
Класс istream реализует поток ввода, класс ostream – поток вывода. Эти классы определены в файле заголовков iostream.h. Библиотека потоков ввода-вывода определяет три глобальных объекта: cout,cin и cerr. cout называется стандартным выводом, cin – стандартным вводом, cerr – стандартным потоком сообщений об ошибках. cout и cerr выводят на терминал и принадлежат к классу ostream, cin имеет тип istream и вводит с терминала. Разница между cout и cerr существенна в Unix – они используют разные дескрипторы для вывода. В других системах они существуют больше для совместимости.
Вывод осуществляется с помощью операции <<, ввод с помощью операции >>. Выражение
cout << "Пример вывода: " << 34;
напечатает на терминале строку "Пример вывода", за которым будет выведено число 34. Выражение
int x;
cin >> x;
введет целое число с терминала в переменную x. (Разумеется, для того, чтобы ввод произошел, на терминале нужно напечатать какое-либо число и нажать клавишу возврат каретки.)
18.2 Операции << и >> для потоков
В классах iostream операции >> и << определены для всех встроенных типов языка Си++ и для строк (тип char*). Если мы хотим использовать такую же запись для ввода и вывода других классов, определенных в программе, для них нужно определить эти операции.
class String
{
public:
friend ostream& operator<<(ostream& os,
const String& s);
friend istream& operator>>(istream& is,
String& s);
private:
char* str;
int length;
};
ostream& operator<<(ostream& os,
const String& s)
{
os << s.str;
return os;
}
istream& operator>>(istream& is,
String& s)
{
// предполагается, что строк длиной более
// 1024 байтов не будет
char tmp[1024];
is >> tmp;
if (str != 0) {
delete [] str;
}
length = strlen(tmp);
str = new char[length + 1];
if (str == 0) {
// обработка ошибок
length = 0;
return is;
}
strcpy(str, tmp);
return is;
}
Как показано в примере класса String, операция <<, во-первых, является не методом класса String, а отдельной функцией. Она и не может быть методом класса String, поскольку ее правый операнд – объект класса ostream. С точки зрения записи, она могла бы быть методом класса ostream, но тогда с добавлением нового класса приходилось бы модифицировать класс ostream, что невозможно – каждый бы модифицировал стандартные классы, поставляемые вместе с компилятором. Когда же операция << реализована как отдельная функция, достаточно в каждом новом классе определить ее, и можно использовать запись:
String x;
. . .
cout << "this is a string: " << x;
Во-вторых, операция << возвращает в качестве результата ссылку на поток вывода. Это позволяет использовать ее в выражениях типа приведенного выше, соединяющих несколько операций вывода в одно выражение.
Аналогично реализована операция ввода. Для класса istream она определена для всех встроенных типов языка Си++ и указателей на строку символов. Если необходимо, чтобы класс, определенный в программе, позволял ввод из потока, для него нужно определить операцию >> в качестве функции friend.
Часто бывает необходимо вывести строку или число в определенном формате. Для этого используются так называемые манипуляторы.
Манипуляторы – это объекты особых типов, которые управляют тем, как ostream или istream обрабатывают последующие аргументы. Некоторые манипуляторы могут также выводить или вводить специальные символы.
С одним манипулятором мы уже сталкивались, это endl. Он вызывает вывод символа новой строки. Другие манипуляторы позволяют задавать формат вывода чисел:
endl
при выводе перейти на новую строку;
ends
вывести нулевой байт (признак конца строки символов);
flush
немедленно вывести и опустошить все промежуточные буферы;
dec
выводить числа в десятичной системе (действует по умолчанию);
oct
выводить числа в восьмеричной системе;
hex
выводить числа в шестнадцатеричной системе счисления;
setw (int n)
установить ширину поля вывода в n символов (n – целое число);
setfill(int n)
установить символ-заполнитель; этим символом выводимое значение будет дополняться до необходимой ширины;
setprecision(int n)
установить количество цифр после запятой при выводе вещественных чисел;
setbase(int n)
установить систему счисления для вывода чисел; n может принимать значения 0, 2, 8, 10, 16, причем 0 означает систему счисления по умолчанию, т.е. 10.
Использовать манипуляторы просто – их надо вывести в выходной поток. Предположим, мы хотим вывести одно и то же число в разных системах счисления:
int x = 53;
cout << "Десятичный вид: " << dec
<< x << endl
<< "Восьмеричный вид: " << oct
<< x << endl
<< "Шестнадцатеричный вид: " << hex
<< x << endl
Аналогично используются манипуляторы с параметрами. Вывод числа с разным количеством цифр после запятой:
double x;
// вывести число в поле общей шириной
// 6 символов (3 цифры до запятой,
// десятичная точка и 2 цифры после запятой)
cout << setw(6) << setprecision(2)
<< x << endl;
Те же манипуляторы (за исключением endl и ends могут использоваться и при вводе. В этом случае они описывают представление вводимых чисел. Кроме того, имеется манипулятор, работающий только при вводе, это ws. Данный манипулятор переключает вводимый поток в такой режим, при котором все пробелы (включая табуляцию, переводы строки, переводы каретки и переводы страницы) будут вводиться. По умолчанию эти символы воспринимаются как разделители между атрибутами ввода.
