Пожалуйста, приостановите работу AdBlock на этом сайте.
Возвращаемся к основной теме урока – вводу и выводу данных. Разберёмся как он устроен. Когда мы подключаем к своей программе заголовочный файл stdio.h мы определяем для своей программы два стандартных потока: стандартный поток ввода(stdin) и стандартный поток вывода(stdout).
Чтобы это лучше понять, можно представлять их себе просто как последовательность символов. Следующая (картинка)анимация иллюстрирует, как это работает.
Рис.1 Схема работы потоков ввода и вывода
Стандартный поток ввода называется (stdin) и обычно связан с клавиатурой, а стандартный поток вывода (stdout) — с экраном. Я говорю обычно, потому что имеется возможность перенаправить эти потоки, т.е. сделать так, чтобы данные выводились не на экран, а в какой-то файл или забирать данные не с клавиатуры, а из файла.
По сути наша программа работает именно с этими потоками и не особо обращает внимание с чем конкретно они связаны. Если вспомнить программу из первого урока мы по сути отправляли строку в поток вывода, которая была связана с экраном и поэтому наша надпись появлялась на мониторе.
Что касается файловой системы языка С, то в начале выполнения программы автоматически открываются три потока. Это stdin (стандартный поток ввода), stdout (стандартный поток вывода) и stderr (стандартный поток ошибок). Обычно эти потоки направляются к консоли, но в средах, которые поддерживают перенаправление ввода/вывода, они могут быть перенаправлены операционной системой на другое устройство. (Перенаправление ввода/вывода поддерживается, например, такими операционными системами, как Windows, DOS, UNIX и OS/2.)
Так как стандартные потоки являются указателями файлов, то они могут использоваться системой ввода/вывода языка С также для выполнения операций ввода/вывода на консоль. Например, putchar() может быть определена таким образом:
Вообще говоря, stdin используется для считывания с консоли, a stdout и stderr — для записи на консоль.
В роли указателей файлов потоки stdin , stdout и stderr можно применять в любой функции, где используется переменная типа FILE * . Например, для ввода строки с консоли можно написать примерно такой вызов fgets() :
И действительно, такое применение fgets() может оказаться достаточно полезным. Как уже говорилось в этой книге, при использовании gets() не исключена возможность, что массив, который используется для приема вводимых пользователем символов, будет переполнен. Это возможно потому, что gets() не проводит проверку на отсутствие нарушения границ. Полезной альтернативой gets() является функция fgets() с аргументом stdin , так как эта функция может ограничивать число читаемых символов и таким образом не допустить переполнения массива. Единственная проблема, связанная с fgets() , состоит в том, что она не удаляет символ новой строки (в то время как gets() удаляет!), поэтому его приходится удалять "вручную", как показано в следующей программе:
He забывайте, что stdin , stdout и stderr — это не переменные в обычном смысле, и им нельзя присваивать значение с помощью fopen() . Кроме того, именно потому, что в начале работы программы эти указатели файлов создаются автоматически, в конце работы они и закрываются автоматически. Так что и не пытайтесь самостоятельно их закрыть.
Связь с консольным вводом / выводом
В языке С консольный и файловый ввод/вывод не слишком отличаются друг от друга. Функции консольного ввода/вывода, описанные в главе 8, на самом деле направляют результаты своих операций на один из потоков — stdin или stdout , и по сути, каждая из них является специальной версией соответствующей файловой функции. Функции консольного ввода/вывода для того и существуют, чтобы было удобно именно программисту.
Как говорилось в предыдущем разделе, ввод/вывод на консоль можно выполнять с помощью любой файловой функции языка С. Однако для вас может быть сюрпризом, что, оказывается, операции ввода/вывода на дисковых файлах можно выполнять с помощью функции консольного ввода/вывода, например, printf() ! Дело в том, что все функции консольного ввода/вывода, о которых говорилось в главе 8, выполняют свои операции с потоками stdin и stdout . В средах, поддерживающих перенаправление ввода/вывода, это равносильно тому, что stdin или stdout могут быть перенаправлены на устройство, отличное от клавиатуры или экрана. Проанализируйте, например, следующую программу:
Предположим, что эта программа называется TEST. При ее нормальном выполнении на экран выводится подсказка, затем читается строка, введенная с клавиатуры, и, наконец, эта строка выводится на экран. Однако в средах, в которых поддерживается перенаправление ввода/вывода, один из потоков stdin или stdout (или оба одновременно) можно перенаправить в файл. Например, в среде DOS или Windows следующий запуск TEST
приводит к тому, что вывод этой программы будет записан в файл по имени OUTPUT. А следующий запуск TEST
направляет поток stdin в файл по имени INPUT, а поток стандартного вывода — в файл по имени OUTPUT.
Когда С-программа завершается, то все перенаправленные потоки возвращаются в состояния, которые были установлены по умолчанию.
Перенаправление стандартных потоков: функция freopen()
Для перенаправления стандартных потоков можно воспользоваться функцией freopen() . Эта функция связывает имеющийся поток с новым файлом. Так что она вполне может связать с новым файлом и стандартный поток. Вот прототип этой функции:
где имя_файла — это указатель на имя файла, который требуется связать с потоком, на который указывает указатель поток . Файл открывается в режиме режим ; этот параметр может принимать те же значения, что и соответствующий параметр функции fopen() . Если функция freopen() выполнилась успешно, то она возвращает поток , а если встретились ошибки, — то NULL .
В следующей программе показано использование функции freopen() для перенаправления стандартного потока вывода stdout в файл с именем OUTPUT.
Приложение, написанное на любом языке программирования, должно взаимодействовать с окружающим миром. Иначе пользы от него не будет. Как правило, такое взаимодействие осуществляется посредством ввода-вывода информации на монитор или в файл. Правда, есть некоторое множество программ, которые не используют файловый или консольный ввод-вывод: это программы, осуществляющие низкоуровневое взаимодействие с аппаратной частью компьютера и периферией (ядро ОС, драйверы и пр.), но это уже экзотика.
В стандартном C++ существует два основных пути ввода-вывода информации: с помощью потоков, реализованных в STL (Standard Template Library) и посредством традиционной системы ввода-вывода, унаследованной от C. Если копнуть немного глубже, то окажется, что и потоки, и традиционная система ввода-вывода для осуществления необходимых действий используют вызовы операционной системы. И это правильно.
Дальнейшее изложение не претендует на полноту, но описывает основные принципы использования библиотек. Подробности использования можно посмотреть в многочисленной литературе по C++ и STL, в MSDN и пр.
Традиционный ввод-вывод
Для использования традиционного ввода-вывода в духе C, в программу необходимо включить заголовочный файл . (Разумеется, компилятор должен иметь доступ к соответствующей объектной библиотеке для правильной сборки исполняемого файла.)
Библиотека stdio предоставляет необходимый набор функций для ввода и вывода информации как в текстовом, так и в двоичном представлении. Следует отметить, что в отличие от классической C‑библиотеки, в современных библиотеках имеются более безопасные аналоги «классических» функций. Как правило, они имеют такое же имя, к которому добавлен суффикс _s. Рекомендуется использовать именно эти, безопасные функции.
Самая Первая Программа с использованием библиотеки stdio выглядит так:
При запуске консольного приложения неявно открываются три потока: stdin — для ввода с клавиатуры, stdout — для буферизованного вывода на монитор и stderr — для небуферизованного вывода на монитор сообщений об ошибках. Эти три символа определены посредством .
В stdio для консольного ввода-вывода предусмотрена отдельная группа функций. Однако эти функции, как правило, являются обёртками для аналогичных функций файлового ввода-вывода, для которых аргумент типа FILE задан по умолчанию.
Самая Первая Программа с использование файлового вывода из библиотеки stdio выглядит так:
Некоторые популярные функции из stdio:
Сущность FILE представляет собой структуру, в которой хранится вся информация для управления потоком ввода-вывода.
Файл открывается функцией fopen(), которой передаются два параметра. Первый параметр определяет имя файла. Второй — определяет режим открытия файла: чтение, запись, произвольный доступ и т.п., а также указание на то, как работать с данными: в текстовом или двоичном режиме. Подробности — см. в документации.
Пример использования stdio
Следует отметить, что существует еще одна библиотека, ориентированная исключительно на консольный ввод-вывод — .
Ввод-вывод с помощью потоков STL
Для использования объектно-ориентированного консольного ввода-вывода с помощью потоков (stream) STL в программу необходимо включить заголовочный файл , а для файлового ещё и . (Разумеется, компилятор должен иметь доступ к соответствующей объектной библиотеке для правильной сборки исполняемого файла.)
Самая Первая Программа с использованием потоков STL выглядит так:
При запуске консольного приложения неявно открываются четыре потока: сin — для ввода с клавиатуры, сout — для буферизованного вывода на монитор, сerr — для небуферизованного вывода на монитор сообщений об ошибках и clog — буферизованный аналог cerr. Эти четыре символа определены посредством .
Потоки cin, cout и cerr соответствуют потокам stdin, stdout и stderr соответственно.
Иерархия классов ввода-вывода STL достаточно сложна. Любители тонких ощущений могут найти её описание в литературе. Впрочем, остальных также не минует чаша сия, но только позже, когда потребуются знания чуть повыше того базового уровня, который описывается здесь.
Для ввода-вывода сначала необходимо создать поток — экземпляр соответствующего класса STL, а затем связать его с файлом. Для потока вывода используется класс ofstream, для потока ввода — ifstream, для потока ввода-вывода — fstream. В каждом из этих классов есть метод open(), который связывает поток с файлом. Проще говоря, открывает файл. Методу передаются два параметра: имя файла и режим открытия файла. Второй параметр представляет собой набор битовых флагов, определяющих режим открытия файла (чтение, запись и пр.) и способ работы с данными (текстовый или двоичный режим). Второй параметр опционален, т.е. имеет значение по умолчанию, соответствующее классу.
Вышеупомянутые классы имеют также конструкторы, позволяющие открыть файл сразу при создании потока. Параметры этих конструкторов полностью совпадают с параметрами метода open().
При ошибке открытия файла (в контексте логического выражения) поток получает значение false.
Файл закрывается методом close(). Этот метод также вызывается при разрушении экземпляров классов потоков.
Операции чтения и записи в поток, связанный с файлом, осуществляются либо с помощью операторов >, перегруженных для классов потоков ввода-вывода, либо с помощью любых других методов классов потоков ввода-вывода.
Некоторые наиболее употребляемые методы:
Пример использования потоков STL
Взаимодействие потокового и традиционного ввода-вывода
Апологеты C++ рекомендуют использовать для ввода-вывода только потоки STL и отказаться от использования традиционного ввода-вывода в духе C. Однако, ничто не мешает, по крайней мере пока, использовать традиционную систему ввода-вывода. Более того, предусмотрена специальная функция для синхронизации ввода-вывода, выполненного посредством потоков и посредством старых функций.
Заключение
Какой механизм использовать — вопрос предпочтений программиста, если работодателем явно не предписано использование конкретного механизма. В любом случае для физического ввода-вывода используются вызовы операционной системы. Всё остальное — обёртка, набор более или менее удобных функций или классов для взаимодействия с ОС.
Использование механизма потоков считается более безопасным. Но, как известно, плохую программу можно написать на любом языке программирования. Это также относится и к использованию библиотек. Автор статьи: Череп.