Язык программирования C++. Пятое издание - Стенли Липпман

В большинстве примеров этой книги использована библиотека iostream. Ее основу составляют два типа, istream и ostream, которые представляют потоки ввода и вывода соответственно. Поток (stream) — это последовательность символов, записываемая или читаемая из устройства ввода-вывода некоторым способом. Термин "поток" подразумевает, что символы поступают и передаются последовательно на протяжении определенного времени.

Стандартные объекты ввода и вывода

В библиотеке определены четыре объекта ввода-вывода. Для осуществления ввода используется объект cin (произносится "си-ин") типа istream. Этот объект упоминают также как стандартный ввод (standard input). Для вывода используется объект cout (произносится "си-аут") типа ostream. Его зачастую упоминают как стандартный вывод (standard output). В библиотеке определены еще два объекта типа ostream — это cerr и clog (произносится "си-ерр" и "си-лог" соответственно). Объект cerr, называемый также стандартной ошибкой (standard error), как правило, используется в программах для создания предупреждений и сообщений об ошибках, а объект clog — для создания информационных сообщений.

Как правило, операционная система ассоциирует каждый из этих объектов с окном, в котором выполняется программа. Так, при получении данных объектом cin они считываются из того окна, в котором выполняется программа. Аналогично при выводе данных объектами cout, cerr или clog они отображаются в том же окне.

Программа, использующая библиотеку ввода-вывода

Приложению для книжного магазина потребуется объединить несколько записей, чтобы вычислить общую сумму. Сначала рассмотрим более простую, но схожую задачу — сложение двух чисел. Используя библиотеку ввода-вывода, можно модифицировать прежнюю программу так, чтобы она запрашивала у пользователя два числа, а затем вычисляла и выводила их сумму.

#include <iostream>

int main() {

 std::cout << "Enter two numbers:" << std::endl;

 int v1 = 0, v2 = 0;

 std::cin >> v1 >> v2;

 std::cout << "The sum of " << v1 << " and " << v2

           << " is " << v1 + v2 << std::endl;

 return 0;

}

Вначале программа отображает на экране приглашение пользователю ввести два числа.

Enter two numbers:

Затем она ожидает ввода. Предположим, пользователь ввел следующие два числа и нажал клавишу <Enter>:

3 7

В результате программа отобразит следующее сообщение:

The sum of 3 and 7 is 10

Первая строка кода (#include <iostream>) — это директива препроцессора (preprocessor directive), которая указывает компилятору[1] на необходимость включить в программу библиотеку ostream. Имя в угловых скобок — это заголовок (header). Каждая программа, которая использует средства, хранимые в библиотеке, должна подключить соответствующий заголовок. Директива #include должна быть написана в одной строке. То есть и заголовок, и слово #include должны находиться в той же строке кода. Директива #include должна располагаться вне тела функции. Как правило, все директивы #include программы располагают в начале файла исходного кода.

Запись в поток

Первый оператор в теле функции main() выполняет выражение (expression). В языке С++ выражение состоит из одного или нескольких операндов (operand) и, как правило, оператора (operator). Чтобы отобразить подсказку на стандартном устройстве вывода, в этом выражении используется оператор вывода (output operator), или оператор <<.

std::cout << "Enter two numbers:" << std::endl;

Оператор << получает два операнда: левый операнд должен быть объектом класса ostream, а правый операнд — это подлежащее отображению значение. Оператор заносит переданное значение в объект cout класса ostream. Таким образом, результатом является объект класса ostream, в который записано предоставленное значение.

Выражение вывода использует оператор << дважды. Поскольку оператор возвращает свой левый операнд, результат первого оператора становится левым операндом второго. В результате мы можем сцепить вместе запросы на вывод. Таким образом, наше выражение эквивалентно следующему:

(std::cout << "Enter two numbers:") << std::endl;

У каждого оператора в цепи левый операнд будет тем же объектом, в данном случае std::cout. Альтернативно мы могли бы получить тот же вывод, используя два оператора:

std::cout << "Enter two numbers:";

std::cout << std::endl;

Первый оператор выводит сообщение для пользователя. Это сообщение, строковый литерал (string literal), является последовательностью символов, заключенных в парные кавычки. Текст в кавычках выводится на стандартное устройство вывода.

Второй оператор выводит endl — специальное значение, называемое манипулятором (manipulator). При его записи в поток вывода происходит переход на новую строку и сброс буфера (buffer), связанного с данным устройством. Сброс буфера гарантирует, что весь вывод, который программа сформировала на данный момент, будет немедленно записан в поток вывода, а не будет ожидать записи, находясь в памяти.

Во время отладки программисты зачастую добавляют операторы вывода промежуточных значений. Для таких операторов всегда следует применять сброс потока. Если этого не сделать, оставшиеся в буфере вывода данные в случае сбоя программы могут ввести в заблуждение разработчика, неправильно засвидетельствовав место возникновения проблемы.

Использование имен из стандартной библиотеки

Внимательный читатель, вероятно, обратил внимание на то, что в этой программе использована форма записи std::cout и std::endl, а не просто cout и endl. Префикс std:: означает, что имена cout и endl определены в пространстве имен (namespace) по имени std. Пространства имен позволяют избежать вероятных конфликтов, причиной которых является совпадение имен, определенных в разных библиотеках. Все имена, определенные в стандартной библиотеке, находятся в пространстве имен std.

Побочным эффектом применения пространств имен библиотек является то, что названия используемых пространств приходится указывать явно, например std. В записи std::cout применяется оператор области видимости :: (scope operator), позволяющий указать, что здесь используется имя cout, которое определено в пространстве имен std. Как будет продемонстрировано в разделе 3.1, существует способ, позволяющий программисту избежать частого использования подробного синтаксиса.

Чтение из потока

Отобразив приглашение к вводу, необходимо организовать чтение введенных пользователем данных. Сначала следует определить две переменные (variable), в данном случае v1 и v2, которые и будут содержать введенные данные:

int v1 = 0, v2 = 0;

Эти переменные определены как относящиеся к типу int, который является встроенным типом данных для целочисленных значений. Мы также инициализируем (initialize) их значением 0. При инициализации переменной ей присваивается указанное значение в момент создания.

Следующий оператор читает введенные пользователем данные:

std::cin >> v1 >> v2;

Оператор ввода (input operator) (т.е. оператор >>) ведет себя аналогично оператору вывода. Его левым операндом является объект типа istream, а правым операндом — объект, заполняемый данными. Он читает значение из потока, представляемого объектом типа istream, и сохраняет его в объекте, заданном правым операндом. Подобно оператору вывода, оператор ввода возвращает в качестве результата свой левый операнд. Другими словами, эта операция эквивалентна следующей:

(std::cin >> v1) >> v2;

Поскольку оператор возвращает свой левый операнд, мы можем объединить в одном операторе последовательность из нескольких запросов на ввод данных. Наше выражение ввода читает из объекта std::cin два значения, сохраняя первое в переменной v1, а второе в переменной v2. Другими словами, рассматриваемое выражение ввода выполняется как два следующих:

std::cin >> v1;

std::cin >> v2;

Завершение программы

Теперь осталось лишь вывести результат сложения на экран.

std::cout << "The sum of " << v1 << " and " << v2

          << " is " << v1 + v2 << std::endl;

Хоть этот оператор и значительно длиннее оператора, отобразившего приглашение к вводу, принципиально он ничем не отличается. Он передает значения каждого из своих операндов в поток стандартного устройства вывода. Здесь интересен тот факт, что не все операнды имеют одинаковый тип значений. Некоторые из них являются строковыми литералами, например "The sum of ", другие значения относятся к типу int, например v1 и v2, а третьи представляют собой результат вычисления арифметического выражения v1 + v2. В библиотеке определены версии операторов ввода и вывода для всех этих встроенных типов данных.