Язык программирования C++. Пятое издание - Стенли Липпман

(a) Book    (b) Date   (с) Employee

(d) Vehicle (e) Object (f) Tree

14.2. Операторы ввода и вывода

Как уже упоминалось, библиотека IO использует операторы >> и << для ввода и вывода соответственно. Сама библиотека IO определяет версии этих операторов для ввода и вывода данных встроенных типов. Классы, нуждающиеся во вводе и выводе, обычно определяют версии этих операторов для объектов данного класса.

14.2.1. Перегрузка оператора вывода <<

Обычно первый параметр оператора вывода является ссылкой на неконстантный объект класса ostream. Объект класса ostream неконстантен потому, что запись в поток изменяет его состояние. Параметр является ссылкой потому, что нельзя копировать объект класса ostream.

Второй параметр обычно должен быть ссылкой на константу типа класса, объект которого необходимо вывести. Параметр должен быть ссылкой во избежание копирования аргумента. Но он может быть константной ссылкой потому, что вывод объекта обычно не изменяет его.

Для совместимости с другими операторами вывода оператор operator<< обычно возвращает свой параметр типа ostream.

Оператор вывода класса Sales_data

Для примера напишем оператор вывода для класса Sales_data:

ostream &operator<<(ostream &os, const Sales_data &item) {

 os << item.isbn() << " " << item.units_sold << " "

    << item.revenue << " " << item.avg_price();

 return os;

}

За исключением имени эта функция идентична прежней версии функции print() (см. раздел 7.1.3). Вывод объекта класса Sales_data требует вывода значений всех его трех переменных-членов, а также вычисления средней цены (average price). Каждый элемент отделяется пробелом. После вывода значений оператор возвращает ссылку на использованный для этого объект класса ostream.

Операторы вывода обеспечивают минимум форматирования

Операторы вывода встроенных типов форматирования практически не обеспечивают. В частности, они не выводят символ новой строки. Пользователи ожидают, что операторы вывода класса будут вести себя так же. Если бы оператор выводил новую строку, то пользователь не смог бы вывести содержимое объекта с описывающим его текстом в одной строке. Оператор вывода, обеспечивающий минимум форматирования, позволяет контролировать подробности вывода пользователям.

Обычно операторы вывода должны выводить содержимое объекта с минимальным форматированием. Они не должны выводить новую строку. 

Операторы ввода-вывода не должны быть функциями-членами класса

Операторы ввода и вывода, соответствующие соглашениям библиотеки iostream, должны быть обычными функциям, а не членами класса. Эти операторы не могут быть членами нашего класса. Если бы это было так, то левый операнд должен был быть объектом типа нашего класса:

Sales_data data;

data << cout; // если бы оператор operator<<

              // был членом класса Sales_data

Если бы эти операторы были членами некоего класса, то они должны были бы быть членами класса istream или ostream. Но эти классы являются частью стандартной библиотеки, а добавлять члены в библиотечные классы нельзя.

Таким образом, если необходимо определить операторы ввода-вывода для собственного типа, их следует определить как функции, не являющиеся членами класса. Конечно, операторы ввода-вывода обычно должны читать или выводить данные не открытых переменных-членов. Как следствие, операторы ввода-вывода обычно объявляют дружественными (см. раздел 7.2.1).

Упражнения раздела 14.2.1

Упражнение 14.6. Определите оператор вывода для класса Sales_data.

Упражнение 14.7. Определите оператор вывода для класса String, написанного для упражнений раздела 13.5.

Упражнение 14.8. Определите оператор вывода для класса, который был выбран в упражнении 7.40 раздела 7.5.1.

14.2.2. Перегрузка оператора ввода >>

Обычно первый параметр оператора ввода является ссылкой на поток, из которого осуществляется чтение, а второй параметр — ссылкой на некий неконстантный объект, в который предстоит прочитать данные. Обычно оператор возвращает ссылку на свой поток. Второй параметр не должен быть константным потому, что задачей оператора ввода и является собственно запись данных в этот объект.

Оператор ввода класса Sales_data

В качестве примера напишем оператор ввода для класса Sales_data:

istream &operator>>(istream &is, Sales_data &item) {

 double price; // инициализировать не нужно; читать в price

               // прежде, чем использовать

 is >> item.bookNo >> item.units_sold >> price;

 if (is) // проверить успех ввода данных

  item.revenue = item.units_sold * price;

 else

  item = Sales_data(); // ввод неудачен: вернуть объект в

                       // стандартное состояние

 return is;

}

За исключением оператора if это определение подобно прежней функции read() (см. раздел 7.1.3). Оператор if проверяет, было ли чтение успешно. Если произойдет ошибка ввода-вывода, он вернет объект Sales_data в состояние пустого объекта. Это гарантирует корректность состояния объекта.

Операторы ввода должны учитывать возможность неудачи ввода, а операторы вывода об этом могут не заботиться.

Ошибки во время ввода

В операторе ввода возможны следующие ошибки.

• Операция чтения может потерпеть неудачу из-за наличия в потоке данных неподходящего типа. Например, после чтения переменной-члена bookNo оператор ввода подразумевает, что следующие два элемента будут числовыми данными. Если во вводе окажутся не числовые данные, поток будет недопустим и все последующее попытки чтения из него потерпят неудачу.

• Во время любой из операций чтения может встретиться конец файла или произойти другая ошибка потока ввода.

Чтобы не проверять каждую часть прочитанных данных, можно проверить состояние потока в целом и только потом использовать прочитанные данные

if (is) // проверить успех ввода данных

 item.revenue = item.units_sold * price;

else

 item = Sales_data(); // ввод неудачен: вернуть объект в

                      // стандартное состояние

При сбое любой из операций чтения значение переменной-члена price останется неопределенным. Следовательно, перед ее использованием следует проверить, допустим ли еще поток ввода. Если это так, осуществляется вычисление значения переменной revenue. В случае ошибки ничего страшного не произойдет, поскольку будет возвращен пустой объект класса Sales_data. Для этого объекту item присваивается новый объект класса Sales_data, созданный при помощи стандартного конструктора. После этого присвоения переменная-член bookNo объекта item будет содержать пустую строку, а его переменные члены revenue и units_sold — нулевое значение.

Возвращение объекта в допустимое состояние особенно важно, если объект мог быть частично изменен прежде, чем произошла ошибка. Например, в данном операторе ввода ошибка могла бы произойти уже после успешного чтения в переменную-член bookNo. В результате значения переменных-членов units_sold и revenue останутся неизменными. Таким образом, новое значение bookNo будет связано с данными прежнего объекта.

Оставляя объект в допустимом состоянии, можно в некоторой степени защитить пользователя, который игнорирует возможность ошибки ввода. Объект будет находиться в пригодном для использования состоянии — все его члены окажутся определены. Кроме того, объект не будет вводить в заблуждение — его данные останутся единообразными.

Проектируя оператор ввода, очень важно решить, что делать в случае ошибки и как вновь сделать объект доступным.

Оповещение об ошибке

Некоторые операторы ввода нуждаются в дополнительной проверке данных. Например, оператор ввода мог бы проверить соответствие формату данных, читаемых в переменную bookNo. В таких случаях оператору ввода возможно понадобится установить флаг состояния потока так, чтобы он означал отказ (см. раздел 8.1.2), хотя с технической точки зрения чтение было успешно. Обычно оператор ввода устанавливает только флаг failbit. Флаг eofbit подразумевал бы конец файла, а бит badbit — нарушение потока. Установку этих флагов лучше оставить библиотеке IO.