11.1. Потоковый ввод-вывод

Мы уже неоднократно пользовались различными потоками ввода/вывода. Здесь мы рассмотрим работу с потоками более подробно. Ввод/вывод потоков в С++ используется для преобразования типизированных объектов в читаемый текст и обратно.

Классы, связанные с потоками С++, содержат расширяемые библиотеки, позволяющие выполнять форматированный ввод/вывод с контролем типов как для предопределенных, так и для определяемых пользователем типов данных с помощью перегруженных операций и прочих объектно-ориентированных методов.

В стандартной библиотеке ввода/вывода стандартного Си (заголовочный файл библиотеки - <stdio.h>) имеются внешние переменные-указатели на дескрипторы файлов - стандартных устройств ввода-вывода.

extern FILE *stdin, *stdout, *stderr, *stdaux, *stdprn;

(стандартный ввод, стандартный вывод, регистрация ошибок, дополнительное устройство, устройство печати).

Эти файлы открываются библиотекой автоматически перед выполнением функции mainи по умолчанию назначаются на терминал (stdin- клавиатура,stdout, stderr- экран), последовательный порт (stdaux) и принтер (stdprn).stdin и stdoutмогут быть переназначены в командной строке запуска программы на любые другие файлы.

Потоковые классы представляют объектно-ориентированный вариант функций ANSI-C. Поток данных между источником и приемником при этом обладает следующими свойствами.

• Источник или приемник данных определяется объектом потокового класса.

• Потоки используются для ввода-вывода высокого уровня.

• Потоковые классы делятся на три группы (шаблонов классов):

  • basic_istream,basic_ostream- общие потоковые классы, которые могут быть связаны с любым буферным объектом;

  • basic_ifstream,basic_iostream- потоковые классы для считывания и записи файлов;

  • basic_istringstream,basic_ostringstream- потоковые классы для объектов-строк.

• Каждый потоковый класс поддерживает буферный объект, который предоставляет память для передаваемых данных, а также важнейшие функции ввода/вывода низкого уровня для их обработки.

• Базовым шаблоном классов basic_ios(для потоковых классов) иbasic_streambuf(для буферных классов) передаются по два параметра шаблона:

  • первый параметр (charT) определяет символьный тип;

  • второй параметр (traits) - объект типаios_traits(шаблон класса), в котором заданы тип и функции, специфичные для используемого символьного типа;

  • для типов charиwchar_tобразованы соответствующие объекты типаios_traitsи потоковые классы.

Будем называть потокомпонятие, относящееся к любому переносу данных от источника (или поставщика данных) к приемнику (или потребителю) данных. Несмотря на свое имя, класс потока может быть использован для форматирования данных в ситуациях, не подразумевающих реального выполнения ввода/вывода. Так, форматирование в памяти можно применять к символьным массивам и прочим структурам.

В файле iostream.hимеется два параллельных класса:streambufиios. Оба они являются классами низкого уровня, и каждый выполняет свой круг задач.

Класс streambufобеспечивает общие правила буферизации и обработки потоков в тех случаях, когда не требуется значительного форматирования этих потоков. Классstreambufпредставляет собой базовый класс, используемый другими классами изiostream.h. Большинство функций-членовstreambufявляются встраиваемыми (inline) для обеспечения максимальной эффективности. Классыstrstreambufиfilebuf являются производными отstreambuf (рис.11.1).

Рис.11.1. Наследование класса streambuf

Класс ios(и, следовательно, производные от него классы) содержит указатель наstreambuf.

Класс iosимеет два производных класса: istream (для ввода) иostream(для вывода). Другой класс,iostream, является производным классом сразу от istream иostreamвследствие множественного наследования:

class ios; class istream : virtual public ios; class ostream: virtual public ios; class iostream: public istream , public ostream;

Кроме того, существует три класса _withassign, являющихся производными классами от istream,ostreamиiostream:

class istream _withassign: public istream ; class ostream_withassign: public ostream; class iostream_withassign: public iostream;

Рис.11.2. Схема наследования класса ios.