Программирование. Принципы и практика использования C++ Исправленное издание

Страуструп Бьерн

15. Уточните класс

Money

, добавив валюту (как аргумент конструктора). Начальное значение в виде десятичного числа допускается, поскольку такое число можно представить в виде переменной типа

long

. Не допускайте некорректных операций. Например, выражение

Money*Money

не имеет смысла, а

USD1.23+DKK5.00

имеет смысл, только если существует таблица преобразования, определяющая обменный курс между американскими долларами (USD) и датскими кронами (DKK).

16. Приведите пример вычислений, в котором класс

Rational

позволяет получить более точные результаты, чем класс

Money

.

17. Приведите пример вычислений, в котором класс

Rational

позволяет получить более точные результаты, чем тип

double

.

Послесловие

Существует

много типов, определенных пользователем. Их гораздо больше, чем представлено здесь. Типы, определенные пользователем, особенно классы, образуют ядро языка С++ и являются ключом ко многим эффективным методам проектирования. Большая часть оставшихся глав посвящена проектированию и использованию классов. Класс — или набор классов — это механизм, позволяющий выразить наши концепции в виде кода. В этой главе мы изложили в основном языковые аспекты классов, в последующих главах мы сосредоточимся на том, как элегантно выразить полезные идеи в виде классов.

Часть II

Ввод и вывод

Глава 10

Потоки ввода и вывода

“Наука — это знания о том, как не дать себя одурачить”.

Ричард Фейнман (Richard P. Feynman)

В этой и следующих главах описываются стандартные средства ввода и вывода в языке С++: потоки ввода-вывода. Показано, как читать и записывать файлы, как обрабатывать ошибки, а также применять операторы ввода-вывода к типам, определенным пользователем. В центре внимания данной главы находится базовая модель: как читать и записывать отдельные значения, как открывать, читать и записывать целые файлы. В заключительном примере приводится большой фрагмент кода, иллюстрирующий эти аспекты программирования. Детали описываются в следующей главе.

10.1. Ввод и вывод

Без данных вычисления бессмысленны. Для выполнения интересующих нас вычислений мы должны ввести в программу данные и получить результаты. В разделе 4.1 мы уже упоминали о чрезвычайном разнообразии источников данных и адресатов для вывода. Если мы не проявим осторожность, то будем писать программы, получающие входные данных только из конкретного источника и выдающие результаты только на конкретное устройство вывода. В определенных приложениях, например цифровых фотоаппаратах или сенсорах топливного инжектора, это может быть приемлемым (а иногда даже необходимым), но при решении задач более общего характера нам необходимо разделять способы, с помощью которых программа читает и записывает данные, от реальных устройств ввода и вывода. Если бы мы были вынуждены непосредственно обращаться к устройствам разных видов, то каждый раз, когда на рынке появляется новый экран или диск, должны были бы изменять свою программу или ограничивать пользователей лишь теми экранами и дисками, которые нам нравятся. Разумеется, это абсурд.

Большинство современных операционных систем поручают управление устройствами ввода-вывода специализированным драйверам, а затем программы обращаются к ним с помощью средств библиотеки ввода-вывода, обеспечивающих максимально единообразную связь с разными источниками и адресатами данных. В общем, драйверы устройств глубоко внедрены в операционную систему и недоступны для большинства пользователей, а библиотечные средства ввода-вывода обеспечивают абстракцию ввода-вывода, так что программист не должен думать об устройствах и их драйверах.

Когда используется такая модель, вся входная и выходная информация может рассматриваться как потоки байтов (символы), обрабатываемые средствами библиотеки ввода-вывода. Наша работа как программистов, создающих приложения, сводится к следующему.

1. Настроить потоки ввода-вывода на соответствующие источники и адресаты данных.

2. Прочитать и записать их потоки.

Практические детали передачи символов с устройства и на устройство находятся в компетенции библиотеки ввода-вывода и драйверов устройств. В этой и следующей главах мы увидим, как создать систему ввода-вывода, состоящую из потоков форматированных данных, с помощью стандартной библиотеки языка С++.

С точки зрения программиста существует много разных видов ввода и вывода.

• Потоки (многих) единиц данных (как правило, связанных с файлами, сетевыми соединениями, записывающими устройствами или дисплеями).

• Взаимодействие с пользователем посредством клавиатуры.

• Взаимодействие с пользователем посредством графического интерфейса (вывод объектов, обработка щелчков мыши и т.д.).

Эта классификация не является единственно возможной, а различия между тремя видами ввода-вывода не так отчетливы, как может показаться. Например, если поток вывода символов представляет собой HTTP-документ, адресуемый браузеру, то в результате возникает нечто, очень напоминающее взаимодействие с пользователем и способное содержать графические элементы. И наоборот, результаты взаимодействия посредством пользовательского графического интерфейса можно представить в программе в виде последовательности символов. Однако эта классификация соответствует нашим средствам: первые две разновидности ввода-вывода обеспечиваются стандартными библиотечными потоками ввода-вывода и непосредственно поддерживаются большинством операционных систем. Начиная с главы 1 мы использовали библиотеку

iostream

и будем использовать ее в данной и следующей главах. Графический вывод и взаимодействие с пользователем посредством графического интерфейса обеспечиваются разнообразными библиотеками. Этот вид ввода-вывода мы рассмотрим в главах 12–16.

10.2. Модель потока ввода-вывода

Стандартная библиотека языка С++ содержит определение типов

istream

для потоков ввода и

ostream

— для потоков вывода. В наших программах мы использовали стандартный поток

istream

с именем

cin

и стандартный поток

ostream

с именем

cout

, поэтому эта часть стандартной библиотеки (которую часто называют библиотекой

iostream

) нам уже в принципе знакома.

Поток

ostream

делает следующее.

• Превращает значения разных типов в последовательности символов.

• Посылает эти символы “куда-то” (например, на консоль, в файл, основную память или на другой компьютер).

Поток

ostream

можно изобразить следующим образом.

Буфер — это структура данных, которую поток

ostream

использует для хранения информации, полученной от вас в ходе взаимодействия с операционной системой. Задержка между записью в поток

ostream

и появлением символов в пункте назначения обычно объясняется тем, что эти символы находятся в буфере. Буферизация важна для производительности программы, а производительность программы важна при обработке больших объемов данных.

Поток

istream

делает следующее.

• Превращает последовательности символов в значения разных типов.

• Получает эти символы “откуда-то” (например, с консоли, из файла, из основной памяти или от другого компьютера).

Поток

istream

можно изобразить следующим образом.

Как и поток

ostream

, для взаимодействия с операционной системой поток

istream

использует буфер. При этом буферизация может оказаться визуально заметной для пользователя. Когда вы используете поток

istream

, связанный с клавиатурой, все, что вы введете, останется в буфере, пока вы не нажмете клавишу <Enter> (ввести и перейти на новую строку), и если вы передумали, то можете стереть символы с помощью клавиши <Backspace> (пока не нажали клавишу <Enter>).