Стандартные потоки ввода–вывода

ГЛАВА 15. ВВОД-ВЫВОД

Потоки

Стандартные потоки ввода–вывода

Форматирование данных

· Флаги форматирования

· Функции форматирования

· Манипуляторы ввода-вывода

Обмен информацией между программой и внешними устройствами осуществляется с помощью операций ввода–вывода. В языке С++ нет специальных операторов для ввода–вывода. Вместо этого просто имеется набор классов, поставляемых вместе с компилятором, которые и реализуют основные операции ввода–вывода.

Библиотека классов обеспечивает эффективный ввод–вывод всех встроенных типов и простое, но, тем не менее, гибкое определение операций ввода–вывода для типов, разрабатываемых программистом.

Потоки

В основе системы ввода–вывода (сокращённо – в/ы) языка программирования С++ лежит понятие потока, при помощи которого выполняются операции ввода–вывода.

Поток ( stream ) – это просто последовательность байтов. В операциях ввода байты пересылаются от устройства (например, от клавиатуры, дисковода) в оперативную память. При выводе байты пересылаются из оперативной памяти на устройства (например, на экран дисплея, дисковод). У всех создаваемых в программе потоков характер поведения одинаков, несмотря на различные внешние устройства, с которыми они связываются. Поэтому практически ко всем типам устройств можно применить одни и те же функции и операции ввода–вывода, так как программа на языке С++ только рассматривает поток байтов, при этом ей не надо знать, откуда эти байты поступают или куда передаются.

Иными словами, поток можно определить как абстрактный канал связи (логический интерфейс), который создаётся в программе для обмена данными с внешними устройствами. Поток связан с внешним устройством с помощью системы ввода–вывода С++.

Ввод–вывод данных для увеличения скорости их передачи производится, как правило, через специальную область памяти – буфер. Фактически передача данных выполняется при выводе после заполнения буфера, а при вводе – если буфер исчерпан.

По направлению передачи данных различают:

· потоки ввода (входные потоки) – из которых извлекаются (читаются) данные и передаются в программу;

· потоки вывода (выходные потоки) – в которые вставляются ( записываются ) данные из программы;

· потоки ввода–вывода (двунаправленные потоки) – допускающие чтение и запись данных.

По виду устройств, с которыми работает поток, потоки делятся на:

· стандартные потоки – предназначены для передачи данных от клавиатуры и на экран дисплея;

· файловые потоки – предназначены для обмена информацией с файлами на внешних носителях данных (например, на диске);

· строковые потоки – предназначены для работы с массивами символов в оперативной памяти.

Существует два типа потоков – текстовый и двоичный (бинарный).

· Текстовый поток используется для ввода-вывода символов. При этом могут происходить некоторые преобразования. Например, при выводе символ новой строки (числовой код 10) может быть преобразован в последовательность символов – возврата каретки и перехода на новую строку (с кодами 13 и 10 соответственно). Поэтому может не быть взаимно-однозначного соответствия между тем, что посылается в поток, и тем, что в действительности записывается на внешнее устройство. При вводе выполняется обратное преобразование.

· Двоичные потоки – последовательность байтов, имеющих однозначное соответствие с байтами на внешнем устройстве. Никакого преобразования символов не выполняется. Поэтому количество прочитанных (записанных) байтов в точности совпадает с количеством байтов на внешнем устройстве.

Двоичные потокиобеспечивают неформатированный ввод–вывод (в/ы на низком уровне). Они позволяет осуществить пересылку больших по объёму данных с высокой скоростью. Программисты же предпочитают иметь дело с текстовыми потоками, т.е. с форматированным вводом–выводом (в/ы на высоком уровне).

В С++ система ввода–вывода использует заголовочный файл< iostream >, в котором для поддержки операций ввода–вывода определена довольно сложная иерархия классов. В основе иерархии классов лежит класс ios, являющийся базовым по отношению к классам istream, ostream и iostream, которые представляют собой классы потоков ввода, вывода и ввода–вывода соответственно.

Включение в программу заголовочного файла< iostream > даёт ей возможность иметь доступ к классу ios, который содержит множество функций и переменных для управления основными операциями над потоками.

Стандартные потоки ввода–вывода

При включении в программу заголовочного файла <iostream> для в/ы информации в стандартные потоки автоматически будут созданы следующие объекты:

· cin – объект класса istream, соответствует стандартному потоку ввода, даёт возможность программе вводить данные с клавиатуры;

· cout – объект класса ostream, соответствует стандартному потоку вывода, даёт возможность программе выводить данные на экран;

· cerr, clog – объекты класса ostream, соответствуют стандартным потокам вывода сообщений об ошибках, позволяют программе выводить на экран сообщения об ошибках.

Операция сдвига влево (<<) используется для вывода в поток и называется операцией вставки в поток. Операция сдвига вправо (>>) используется для ввода из потока и называется операцией извлечения из потока. Эти операции обычно применяются к стандартныv потокам cin и cout:

…

int a; cin>>a; // ввод с клавиатуры

cout<<"a = "<<a; // вывод на экран

Операции извлечения из потока и вставки в поток в качестве результата своего выполнения формируют соответственно ссылки на объект типа istream или ostream, что позволяет создавать цепочки операций.

Как и для других перегруженных операций, для операций извлечения и вставки невозможно определить приоритеты, поэтому в необходимых случаях используются скобки:

cout<<(i << j); // операция << в скобках означает сдвиг влево

Данные при вводе из потока должны разделяться пробельными символами (пробелами, знаками табуляции или символом перехода на новую строку). Ввод прекращается, если очередной символ оказался недопустимым.

Операции << и >> перегружены для всех встроенных типов данных, строк и значений указателей, что позволяет автоматически выполнять ввод–вывод в соответствии с типом величин:

int i = 1; double d;

cin>>d; // символы из потока преобразуются в double

cout<<i<<' '<<d; // int и double преобразуются в символы

Числовые значения можно вводить в десятичной или шестнадцатеричной системе счисления (с префиксом 0х), со знаком или без знака. Вещественные числа представляются в форме с фиксированной точкой или в виде мантиссы и порядка.

При вводе строк извлечение символов из потока происходит до ближайшего пробела. Вместо него в строку заносится нуль-символ – ' \0 ', который является признаком конца строки (см. главу 10).

Под любую величину при выводе отводится столько позиций, сколько требуется для её представления. Чтобы отделить одну величину от другой, используются пробелы:

cout<<i<<' '<<j<<" "<<k;

Поскольку ввод буферизирован, помещение в буфер ввода происходит после нажатия клавиши Enter строки, после чего из буфера выполняется операция извлечения из потока. Это даёт возможность исправлять введённые символы до того, как нажата клавиша Enter.

---

Дата добавления: 2015-07-10