Язык программирования C++. Пятое издание - Стенли Липпман

Библиотека предоставляет также несколько ассоциативных контейнеров, являющихся темой главы 11. Доступ к элементам в ассоциативном контейнере осуществляется по ключу. Ассоциативные контейнеры имеют много общих операций с последовательными контейнерами, а также определяют операции, являющиеся специфическими для ассоциативных контейнеров.

Завершается часть главой 12, рассматривающей средства управления динамической памятью, предоставляемые языком и библиотекой. В этой главе рассматриваются одни из самых важных новых библиотечных классов, являющихся стандартизированными версиями интеллектуальных указателей. Используя интеллектуальные указатели, можно сделать намного надежней код, который использует динамическую память. Эта глава завершается расширенным примером, в котором используются библиотечные средства, представленные во всей части II.

Глава 8

Библиотека ввода и вывода

Язык С++ не имеет дела с вводом и выводом непосредственно. Вместо этого ввод и вывод обрабатываются семейством типов, определенных в стандартной библиотеке. Они обеспечивают взаимосвязь с устройствами, файлами, окнами и консолью. Есть также типы, обеспечивающие ввод и вывод в оперативную память и строки.

Библиотека ввода и вывода определяет также операции чтения и записи значений встроенных типов. Кроме того, такие классы, как string, обычно определяют подобные операции ввода и вывода для работы с объектами данного класса.

В этой главе представлены основные принципы библиотеки IO. В последующих главах рассматриваются дополнительные возможности: создание собственных операторов ввода и вывода (глава 14), контроль формата и осуществление произвольного доступа к файлам (глава 17).

В предыдущих программах использовалось немало средств библиотеки IO, большинство из них было представлено в разделе 1.2.

• Тип istream (input stream — поток ввода) обеспечивает операции ввода.

• Тип ostream (output stream — поток вывода) обеспечивает операции вывода.

• Объект cin класса istream читает данные со стандартного устройства ввода.

• Объект cout класса ostream записывает данные на стандартное устройство вывода.

• Объект cerr класса ostream записывает данные на стандартное устройство сообщений об ошибке. Объект cerr, как правило, используется для сообщений об ошибках в программе.

• Оператор >> используется для чтения данных, передаваемых в объект класса istream.

• Оператор << используется для записи данных, передаваемых в объект класса ostream.

• Функция getline() (см. раздел 3.2.2) получает ссылку на объект класса istream и ссылку на объект класса string, а затем читает слово из потока ввода в строку.

8.1. Классы ввода-вывода

Типы и объекты ввода-вывода, которые мы использовали до сих пор, манипулируют символьными данными. По умолчанию эти объекты связаны с окном консоли пользователя. Конечно, реальные программы не могут быть ограничены вводом и выводом исключительно в окно консоли. Программам нередко приходится читать или писать в именованные файлы. Кроме того, операции ввода-вывода зачастую удобно использовать для обработки символов в строке. Приложениям также, вероятно, понадобится читать и писать на языках, которые требуют поддержки расширенных символов.

Для поддержки столь разных видов обработки ввода-вывода, кроме уже использованных ранее типов istream и ostream, библиотека определяет целую коллекцию типов ввода-вывода. Эти типы (табл. 8.1) определены в трех отдельных заголовках: заголовок iostream определяет базовые типы, используемые для чтения и записи в поток, заголовок fstream определяет типы, используемые для чтения и записи в именованные файлы, заголовок sstream определяет типы, используемые для чтения и записи в строки, расположенные в оперативной памяти.

Таблица 8.1. Типы и заголовки библиотеки ввода-вывода 

Заголовок Тип iostream istream, wistream — читают данные из потока ostream, wostream — записывают данные в поток iostream, wiostream — читают и записывают данные в поток fstream ifstream, wifstream — читают данные из файла оfstream, wofstream — записывают данные в файл fstream, wfstream — читают и записывают данные в файл sstream istringstream, wistringstream — читают данные из строки ostringstream, wostringstream — записывают данные в строку stringstream, wstringstream — читают и записывают данные в строку

Для поддержки языков, использующих расширенные символы, библиотека определяет набор типов и объектов, манипулирующих данными типа wchar_t (см. раздел 2.1.1). Имена версий для расширенных символов начинаются с буквы w. Например, объекты wcin, wcout и wcerr соответствуют обычным объектам cin, cout и cerr, но для расширенных символов. Такие объекты определяются в том же заголовке, что и типы для обычных символов. Например, заголовок fstream определяет типы ifstream и wifstream.

Взаимоотношения между типами ввода и вывода

Концептуально ни вид устройства, ни размер символов не влияют на операции ввода-вывода. Например, оператор >> можно использовать для чтения данных из окна консоли, из файла на диске или из строки. Точно так же этот оператор можно использовать независимо от того, читаются ли символы типа char или wchar_t.

Используя наследование (inheritance), библиотека позволяет игнорировать различия между потоками различных видов. Подобно шаблонам (см. раздел 3.3), связанные наследованием классы можно использовать, не вникая в детали того, как они работают. Более подробная информация о наследовании в языке С++ приведена в главе 15 и в разделе 18.3.

Если говорить коротко, то наследование позволяет сказать, что некий класс происходит от другого класса. Обычно объект производного класса можно использовать так, как будто это объект класса, от которого он происходит.

Типы ifstream и istringstream происходят от класса istream. Таким образом, объект типа ifstream или istringstream можно использовать так, как будто это объект класса istream. Объекты этих типов можно использовать теми же способами, что и объект cin. Например, можно вызвать функцию getline() объекта ifstream или istringstream либо использовать их оператор >> для чтения данных. Точно так же типы ofstream и ostringstream происходят от класса ostream. Следовательно, объекты этих типов можно использовать теми же способами, что и объект cout.

Все, что рассматривается в остальной части этого раздела, одинаково применимо как к простым, файловым и строковым потокам, а также к потокам для символов типа char или wchar_t.

8.1.1. Объекты ввода-вывода не допускают копирования и присвоения

Как упоминалось в разделе 7.1.3, объекты ввода-вывода не допускают копирования и присвоения:

ofstream out1, out2;

out1 = out2;        // ошибка: нельзя присваивать потоковые объекты

ofstream print(ofstream); // ошибка: нельзя инициализировать параметр

                          // типа ofstream

out2 = print(out2); // ошибка: нельзя копировать потоковые объекты

Поскольку объекты типа ввода-вывода нельзя копировать, не может быть параметра или типа возвращаемого значения одного из потоковых типов (см. раздел 6.2.1). Функции, осуществляющие ввод-вывод, получают и возвращают поток через ссылки. Чтение или запись в объект ввода-вывода изменяет его состояние, поэтому ссылка не должна быть константой.

8.1.2. Флаги состояния

В связи с наследованием классов ввода-вывода возможно возникновение ошибок. Некоторые из ошибок исправимы, другие происходят глубоко в системе и не могут быть исправлены в области видимости программы. Классы ввода-вывода определяют функции и флаги, перечисленные в табл. 8.2, позволяющие обращаться к флагам состояния (condition state) потока и манипулировать ими.