Ввод/вывод (C++)
| Стандартная библиотека C++ |
|---|
|
| Контейнеры |
| Стандартная библиотека C |
В языке программирования C++ библиотека ввода/вывода относится к семейству шаблонов классов и вспомогательных функций в стандартной библиотеке C++ , которые реализуют возможности потокового ввода/вывода. [1] [2] Это объектно-ориентированная альтернатива потокам C на основе FILE из стандартной библиотеки C. [3] [4]
История
Бьярне Страуструп , создатель C++, написал первую версию библиотеки потокового ввода-вывода в 1984 году как типобезопасную и расширяемую альтернативу библиотеке ввода-вывода C. [5] Библиотека претерпела ряд усовершенствований с момента этой ранней версии, включая введение манипуляторов для управления форматированием и шаблонизацию, позволяющую использовать ее с типами символов, отличными от char.
Стандартизация 1998 года привела к перемещению библиотеки в stdпространство имен, а основной заголовок изменился с <iostream.h>на <iostream>. Именно эта стандартизированная версия рассматривается в остальной части статьи.
Обзор
Большинство классов в библиотеке на самом деле являются очень обобщенными шаблонами классов. Каждый шаблон может работать с различными типами символов, и даже сами операции, такие как сравнение двух символов на предмет равенства, могут быть настроены. Однако большая часть кода должна выполнять операции ввода и вывода, используя только один или два типа символов, поэтому большую часть времени доступ к функциональности осуществляется через несколько typedef , которые указывают имена для часто используемых комбинаций шаблона и типа символа.
Например, basic_fstream<CharT,Traits>относится к шаблону универсального класса, который реализует операции ввода/вывода в файловых потоках. Обычно он используется как , fstreamчто является псевдонимом для basic_fstream<char,char_traits<char>>, или, другими словами, basic_fstreamработая с символами типа charс набором операций по умолчанию.
Классы в библиотеке можно условно разделить на две категории: абстракции и реализации. Классы, попадающие в категорию абстракций, предоставляют интерфейс, достаточный для работы с любым типом потока. Код, использующий такие классы, не зависит от точного места, откуда считываются или куда записываются данные. Например, такой код может записывать данные в файл, буфер памяти или веб-сокет без перекомпиляции. Классы реализации наследуют классы абстракции и предоставляют реализацию для конкретного типа источника или приемника данных. Библиотека предоставляет реализации только для потоков на основе файлов и потоков на основе буфера памяти.
Классы в библиотеке также можно разделить на две группы по тому, реализуют ли они операции низкого или высокого уровня. Классы, которые имеют дело с низкоуровневыми вещами, называются потоковыми буферами. Они работают с символами, не предоставляя никакой функциональности форматирования. Эти классы очень редко используются напрямую. Классы высокого уровня называются потоками и предоставляют различные возможности форматирования. Они построены поверх потоковых буферов.
В следующей таблице перечислены и классифицированы все классы, предоставляемые библиотекой ввода-вывода.
| Сорт | Объяснение | Typedef-ы |
|---|---|---|
| Буферы потока (низкоуровневая функциональность) | ||
basic_streambuf | предоставляет абстрактный низкоуровневый интерфейс ввода/вывода, который может быть реализован для конкретных источников или приемников данных. Редко используется напрямую. |
|
basic_filebuf | реализует низкоуровневый интерфейс ввода/вывода для потоков на основе файлов. Редко используется напрямую. |
|
basic_stringbuf | реализует низкоуровневый интерфейс ввода/вывода для потоков на основе строк. Редко используется напрямую. |
|
| Классы поддержки | ||
ios_base | управляет информацией о форматировании и состоянием исключения | — |
basic_ios | управляет буфером потока |
|
| Буферы входных потоков (высокоуровневая функциональность) | ||
basic_istream | создает оболочку для абстрактного потокового буфера и предоставляет высокоуровневый интерфейс ввода, такой как возможности форматирования. |
|
basic_ifstream | входной поток, который оборачивает буфер потока файла. Предоставляет функции для открытия или закрытия файла в дополнение к функциям общего входного потока |
|
basic_istringstream | входной поток, который оборачивает буфер потока строк. Предоставляет функции для доступа к базовой строке в дополнение к функциям общего входного потока |
|
| Буферы выходных потоков (высокоуровневая функциональность) | ||
basic_ostream | создает оболочку для абстрактного потокового буфера и предоставляет высокоуровневый интерфейс вывода, такой как возможности форматирования. |
|
basic_ofstream | поток вывода, который оборачивает буфер потока файла. Предоставляет функции для открытия или закрытия файла в дополнение к функциям общего потока вывода |
|
basic_ostringstream | поток вывода, который оборачивает буфер потока строк. Предоставляет функции для доступа к базовой строке в дополнение к функциям общего потока вывода |
|
| Буферы входных/выходных потоков (высокоуровневая функциональность) | ||
basic_iostream | представляет собой оболочку абстрактного потокового буфера и предоставляет высокоуровневый интерфейс ввода/вывода, такой как возможности форматирования. |
|
basic_fstream | поток ввода/вывода, который оборачивает буфер потока файла. Предоставляет функции для открытия или закрытия файла в дополнение к функциям общего потока ввода/вывода |
|
basic_stringstream | поток ввода/вывода, который оборачивает буфер потока строк. Предоставляет функции для доступа к базовой строке в дополнение к функциям общего потока ввода/вывода |
|
Заголовочные файлы
Классы библиотеки ввода/вывода находятся в нескольких заголовках.
<ios>содержит определенияios_baseиbasic_iosклассы, которые управляют информацией о форматировании и связанным с ней потоковым буфером.<istream>содержит определениеbasic_istreamшаблона класса, реализующего форматированный ввод.<ostream>содержит определениеbasic_ostreamшаблона класса, реализующего форматированный вывод.<iostream>содержит определениеbasic_iostreamшаблона класса, который реализует форматированный ввод и вывод, и включает в себя<ios>,<istream>и<ostream>.<fstream>содержит определенияbasic_ifstreamи шаблоны классов, которые реализуют форматированный ввод, вывод и вводbasic_ofstream/basic_fstreamвывод в файловых потоках.<sstream>содержит определенияbasic_istringstreamи шаблоны классов, которые реализуют форматированный ввод, вывод и вводbasic_ostringstream/basic_stringstreamвывод в строковых потоках.<iomanip>содержит манипуляторы форматирования.<iosfwd>содержит предварительные объявления всех классов в библиотеке ввода/вывода.
Потоковые буферы
В языке C++ в виде таблицы определены двенадцать классов потоковых буферов.
Классы поддержки
ios_baseи basic_iosдва класса, которые управляют битами нижнего уровня потока. ios_baseхранят информацию о форматировании и состоянии потока. basic_iosуправляют связанным буфером потока. basic_iosобычно известны как просто iosили wios, которые являются двумя typedef для basic_iosопределенного типа символа. basic_iosи ios_baseочень редко используются программистами напрямую. Обычно их функциональность доступна через другие классы, такие как , iostreamкоторые их наследуют. [6] [7]
Typedef-ы
| Имя | описание |
|---|---|
ios | удобство typedef для basic_iosработы с символами типаchar |
wios | удобство typedef для basic_iosработы с символами типаwchar_t |
streamoff | поддерживает внутренние операции. |
streampos | хранит текущую позицию указателя буфера или указателя файла. |
wstreampos | хранит текущую позицию указателя буфера или указателя файла. |
streamsize | определяет размер потока. |
Форматирующие манипуляторы
| Имя | Описание |
|---|---|
boolalpha/noboolalpha | boolуказывает, отображаются ли переменные типа как trueи falseили как 0и 1в потоке. |
skipws/noskipws | указывает, пропускаются ли пробелы в операциях ввода |
showbase/noshowbase | указывает, отображается ли основание системы счисления числа |
showpoint/noshowpoint | указывает, отображать ли дробную часть числа с плавающей точкой, если дробная часть равна нулю |
showpos/noshowpos | указывает, следует ли отображать +положительные числа |
unitbuf/nounitbuf | указывает, следует ли буферизировать вывод |
uppercase/nouppercase | определяет, следует ли использовать заглавные символы в шестнадцатеричном целом числе и в выводе чисел с плавающей точкой |
left/ right/internal | определяет, как следует выравнивать число |
dec/ oct/hex | определяет нотацию, в которой должно отображаться целое число |
fixed/ scientific/ hexfloat( С++11 ) / defaultfloat(С++11) | определяет нотацию, в которой должно отображаться число с плавающей точкой |
Входные/выходные потоки
 | Эта статья может потребовать очистки, чтобы соответствовать стандартам качества Википедии . Конкретная проблема: говорит о заголовке, когда должен говорить о потоках ввода/вывода. ( Март 2012 ) |
Потоки ввода/вывода C++ в первую очередь определяются iostream, заголовочным файлом , который является частью стандартной библиотеки C++ (название расшифровывается как Input / Output Stream ). В C++ и его предшественнике, языке программирования C , нет специального синтаксиса для потокового ввода или вывода данных. Вместо этого они объединены в библиотеку функций . Как и заголовок, унаследованный от stdio.h языка C , предоставляет базовые службы ввода и вывода для программ на C++. iostream использует объекты , , , и для отправки данных в и из стандартных потоков ввода, вывода, ошибки (небуферизованные) и журнала (буферизованные) соответственно. Как часть стандартной библиотеки C++ , эти объекты являются частью пространства имен . [8]cstdioiostream cincoutcerrclogstd
Объект coutимеет тип ostream, который перегружает левый оператор побитового сдвига , чтобы заставить его выполнить операцию, совершенно не связанную с побитовыми операциями , и, в частности, вычислить значение левого аргумента, что позволяет выполнять несколько операций над одним и тем же объектом ostream, по сути, как другой синтаксис для каскадирования методов , предоставляя текучий интерфейс . Объекты и также имеют тип , поэтому они перегружают и этот оператор. Объект имеет тип , который перегружает правый оператор побитового сдвига. Направления операторов побитового сдвига создают впечатление, что данные текут к выходному потоку или утекают от входного потока.cerrclogostreamcinistream
Форматирование вывода
Методы
width(int x) | минимальное количество символов для следующего вывода |
fill(char x) | символ, используемый для заполнения в случае, когда ширину необходимо увеличить для заполнения минимума. |
precision(int x) | устанавливает количество значащих цифр для чисел с плавающей точкой |
Манипуляторы
Манипуляторы — это объекты, которые могут изменять поток с помощью операторов <<или >>.
endl | «end line»: вставляет новую строку в поток и вызывает flush. |
ends | «end string»: вставляет нулевой символ в поток и вызывает flush. |
flush | заставляет выходной поток записывать любые буферизованные символы |
ws | заставляет поток ввода «съедать» пробелы |
showpoint | сообщает потоку, что нужно показывать десятичную точку и некоторые нули с целыми числами |
Другие манипуляторы можно найти, воспользовавшись заголовком iomanip.
Критика
Манипуляторы форматирования должны быть «сброшены» в конце, иначе программист неожиданно получит их эффект в следующем выходном операторе.
Некоторые реализации стандартной библиотеки C++ имеют значительное количество мертвого кода . Например, GNU libstdc++ автоматически создает локаль при построении, дажеostream если программа никогда не использует какие-либо типы (дата, время или деньги), на которые влияет локаль, [9]
а статически связанная программа "Hello, World!" , использующая <iostream>GNU libstdc++, создает исполняемый файл на порядок больше, чем эквивалентная программа, использующая <cstdio>. [10] Существуют частичные реализации стандартной библиотеки C++, разработанные для сред с ограниченным пространством; они <iostream>могут не включать функции, которые программам в таких средах могут не понадобиться, например, поддержку локали. [11]
Соглашения об именовании
Примеры
Каноническую программу «Hello, World!» можно выразить следующим образом:
#include <iostream> int main () { std :: cout << "Привет, мир!" << std :: endl ; } Эта программа выведет «Hello, world!», за которым последует новая строка и очистка буфера стандартного потока вывода.
В следующем примере создается файл с именем «file.txt» и в него помещается текст «Hello, world!» с последующим символом новой строки.
#include <fstream> int main () { std :: ofstream file ( "file.txt" ); file << "Привет, мир!" << std :: endl ; } Ссылки
- ^ ISO/IEC 14882:2003 Языки программирования – C++. [lib.string.streams]/1
- ^ Стэнли Б. Липпман, Джози Лажуа (1999). C++ Primer (третье изд.). Массачусетс: Addison-Wesley. стр. 1109–1112. ISBN 0-201-82470-1.
- ^ Бьярне Страуструп (1997). Язык программирования C++ (третье изд.). Addison-Wesley. стр. 637–640. ISBN 0-201-88954-4.
- ^ Стэнли Б. Липпман, Джози Лажуа (1999). C++ Primer (третье изд.). Массачусетс: Addison-Wesley. стр. 1063–1067. ISBN 0-201-82470-1.
- ^ Бьерн Страуструп. «История C++: 1979–1991» (PDF) .
- ^ Стэнли Б. Липпман, Джози Лажуа (1999). C++ Primer (третье изд.). Массачусетс: Addison-Wesley. стр. 1112–1120. ISBN 0-201-82470-1.
- ^ "<ios> Visual Studio 2010". Microsoft MSDN: Visual Studio 2010. Получено 28 сентября 2011 г.
- ^ Хольцнер, Стивен (2001). С++: Черная книга . Скоттсдейл, Аризона: Группа Кориолиса. п. 584. ИСБН 1-57610-777-9.
...endl, который очищает выходной буфер и отправляет новую строку в стандартный поток вывода.
- ^ Исходный код GNU libstdc++,
bits/ios_base.h - ^ C++ против C – Восьмой контакт
- ^ "uClibc++ C++ library" . Получено 6 января 2012 г. .
Внешние ссылки
- Справочник C++ по библиотеке ввода/вывода
- Стандартная библиотека Apache C++ Iostreams
- Подробный учебник по форматированию вывода в C++
