Ввод-вывод

Обмен данными между программой и внешними устройствами осуществляется с помощью операций ввода-вывода. Типичным внешним устройством является терминал. На терминале можно напечатать информацию. Можно ввести информацию с терминала, напечатав ее на клавиатуре. Другим типичным устройством является жесткий или гибкий диск, на котором расположены файлы. Программа может создавать файлы, в которых хранится информация. Другая (или эта же) программа может читать информацию из файла.

В языке Си++ нет особых операторов для ввода или вывода данных. Вместо этого имеется набор классов, стандартно поставляемых вместе с компилятором, которые и реализуют основные операции ввода-вывода.

Причиной является как слишком большое разнообразие операций ввода и вывода в разных операционных системах, особенно графических, так и возможность определения новых типов данных в языке Си++. Вывод даже простой строки текста в MS DOS, MS Windows и в X Window настолько различен, что пытаться придумать общие для всех них операторы было бы слишком негибко и на самом деле затруднило бы работу. Что же говорить о классах, определенных программистом, у которых могут быть совершенно специфические требования к их вводу-выводу.

Библиотека классов для ввода-вывода решает две задачи. Во-первых, она обеспечивает эффективный ввод-вывод всех встроенных типов и простое, но тем не менее гибкое, определение операций ввода-вывода для новых типов, разрабатываемых программистом. Во-вторых, сама библиотека позволяет при необходимости развивать её и модифицировать.

В нашу задачу не входит описание программирования в графических системах типа MS Windows. Мы будем рассматривать операции ввода-вывода файлов и алфавитно-цифровой вывод на терминал, который будет работать на консольном окне MS Windows, MS DOS или Unix.

Потоки

Механизм для ввода-вывода в Си++ называется потоком . Название произошло от того,что информация вводится и выводится в виде потока байтов – символ за символом.

Класс istream реализует поток ввода, класс ostream – поток вывода. Эти классы определены в файле заголовков iostream.h. Библиотека потоков ввода-вывода определяет три глобальных объекта: cout, cin и cerr. cout называется стандартным выводом, cin – стандартным вводом, cerr – стандартным потоком сообщений об ошибках. cout и cerr выводят на терминал и принадлежат к классу ostream, cin имеет тип istream и вводит с терминала. Разница между cout и cerr существенна в Unix – они используют разные дескрипторы для вывода. В других системах они существуют больше для совместимости.

Вывод осуществляется с помощью операции <<, ввод с помощью операции >>. Выражение

cout << "Пример вывода: " << 34;

напечатает на терминале строку "Пример вывода", за которым будет выведено число 34. Выражение

int x;
cin >> x;

введет целое число с терминала в переменную x. (Разумеется, для того, чтобы ввод произошел, на терминале нужно напечатать какое-либо число и нажать клавишу возврат каретки.)

Операции << и >> для потоков

В классах iostream операции >> и << определены для всех встроенных типов языка Си++ и для строк (тип char* ). Если мы хотим использовать такую же запись для ввода и вывода других классов, определенных в программе, для них нужно определить эти операции.

class String
{
public:
  friend  ostream& operator<<(ostream& os,  
                              const String& s);
  friend  istream& operator>>(istream& is,  
                              String& s);
private:
    char*  str;
    int  length;
};
ostream& operator<<(ostream& os, 
                    const String& s)
{
    os  <<  s.str;
    return  os;
}
istream& operator>>(istream& is, 
                    String& s)
{
// предполагается, что строк длиной более 
// 1024 байтов не будет
    char  tmp[1024];
    is  >>  tmp;

    if (s.str  !=  0)  {
        delete  []  s.str;
    }
    size_t length  =  strlen(tmp);
    s.str  =  new (std::nothrow) char[length  +  1];
    if  (s.str  == 0)  {
        // обработка ошибок
        return  is;
    }
    strcpy(s.str,  tmp);
    return  is;
}

Как показано в примере класса String, операция <<, во-первых, является не методом класса String, а отдельной функцией. Она и не может быть методом класса String, поскольку ее левый операнд – объект класса ostream. С точки зрения записи, она могла бы быть методом класса ostream, но тогда с добавлением нового класса приходилось бы модифицировать класс ostream, что невозможно – каждый бы модифицировал стандартные классы, поставляемые вместе с компилятором. Когда же операция << реализована как отдельная функция, достаточно в каждом новом классе определить ее, и можно использовать запись:

String x;
	 . . .
cout << "this is a string: " << x;

Во-вторых, операция << возвращает в качестве результата ссылку на поток вывода. Это позволяет использовать ее в выражениях типа приведенного выше, соединяющих несколько операций вывода в одно выражение.

Аналогично реализована операция ввода. Для класса istream она определена для всех встроенных типов языка Си++ и указателей на строку символов. Если необходимо, чтобы класс, определенный в программе, позволял ввод из потока, для него нужно определить операцию >> в качестве функции friend.