Triangle t; square s; circle c(10); // объекты производных типов
p = &t; p->set(1, 1);
res = p -> area (); // находим площадь треугольника
p = & s ; p -> set (2, 2);
res = p -> area (); // находим площадь четырехугольника
p = & c ; p -> set (20, 30);
res = p -> area (); // находим площадь окружности
}
Ключевым моментом в использовании виртуальных функций для обеспечения полиморфизма времени исполнения служит то, что используется указатель именно на базовый класс. Полиморфизм времени исполнения достигается только при вызове виртуальной функции с использованием указателя или ссылки на базовый класс. Ничего не мешает использовать виртуальные функции, как и любые другие нормальные функции, однако достичь полиморфизма времени исполнения на этом пути не удастся. Также стоит отметить, что виртуальным может быть и деструктор класса, хотя конструктор виртуальным быть не может.
Когда виртуальная функция не переопределена в производном классе, то при вызове ее в объекте производного класса вызывается версия из базового класса. Однако во многих случаях невозможно ввести содержательное определение виртуальной функции в базовом классе. Например, при объявлении класса figure в предыдущем примере реализация функции area() не несет никакого смысла. Могут быть также такие виртуальные функции, которые обязательно должны быть переопределены в производных классах, без чего эти классы не будут иметь никакого значения. В таких случаях необходим метод, гарантирующий, что производные классы действительно определят все необходимые функции. Язык С++ предлагает в качестве решения этой проблемы чисто виртуальные функции. Это такие функции, которые объявлены в базовом классе, но не имеют в нем определения. Т.к. они не имеют определений, т.е. тел в этом базовом классе, то всякий производный класс обязан иметь свою собственную версию реализации. Для объявления чистой виртуальной функции используется следующая общая форма:
|
|
|
virtual <тип возвращаемого значения> <имя функции> (<список параметров>) = 0;
Например, для определения чисто виртуальной функции area() в классе figure необходимо написать следующее: virtual double area() = 0;
Если какой-либо класс имеет хотя бы одну чисто виртуальную функцию, то такой класс называется абстрактным. Важной особенностью абстрактных классов является то, что нельзя создать ни одного объекта данного класса. Вместо этого абстрактный класс служит в качестве базового для других производных классов. Причина, по которой абстрактный класс не может быть использован для объявления объектов, заключается в том, что одна или несколько его функций-членов не имеют определения. Тем не менее, даже если базовый класс является абстрактным, все равно можно объявлять указатели или ссылки на него, с помощью которых затем поддерживается полиморфизм времени исполнения.
|
|
|
Порядок выполнения работы.
1. При домашней подготовке необходимо изучить литературу по теме лабораторной работы.
2. Получить задание у преподавателя.
3. Разработать алгоритм решения задачи и написать программу, реализующую задание.
4. Проверить правильность ее работы.
5. Составить отчет и защитить работу.
Требования к отчету.
Отчет по лабораторной работе должен соответствовать требованиям, предъявляемым стандартами ТулГУ. Он должен содержать титульный лист, цели и задачи работы, текст задания, алгоритм и программную реализацию решения, теоретические положения, которые были использованы при выполнении лабораторной работы и контрольные примеры.
Варианты заданий.
1. Разработать иерархию классов, которые позволяют оперировать с геометрическими фигурами: точка, линия, фигура, окружность, треугольник, четырехугольник, многоугольник, пирамида и призма. Реализация должна допускать создание объектов с различными параметрами, вычисление различных геометрических характеристик фигур, сопоставление одноименных фигур друг с другом. Интерфейс должен содержать виртуальные функции.
|
|
|
2. Разработать иерархию классов, которые позволяют создавать картотеку с информацией по предметам различного типа (книги, мебель, бытовая техника, компьютеры, продукты питания и т.д.). Реализация должна допускать добавление информации в картотеку, поиск информации, отбор по различным критериям, сортировку и хранение наиболее часто просматриваемых карточек. Интерфейс должен содержать виртуальные функции.
3. Разработать иерархию классов, которые позволяют обрабатывать информацию о работниках различного уровня на предприятии (уборщики, рабочие, мастера и инженеры различных подразделений, экономисты, дирекция и т.д.). Реализация должна допускать прием на работу и увольнение сотрудников, их перевод из одного подразделения в другое, начисление ежемесячной зарплаты, учет отпусков, поиск и сортировку информации по различным критериям. Интерфейс должен содержать виртуальные функции.
4. Разработать иерархию классов, позволяющих моделировать работу системного блока персонального компьютера. Реализация должна позволять добавлять различные устройства в ПК, эмулировать их взаимодействие между собой, производить апгрейд аппаратуры. Интерфейс должен содержать виртуальные функции.
|
|
|
5. Разработать иерархию классов, описывающих существующее на рынке программное обеспечение. Реализация должна допускать классификацию ПО по различным критериям, добавление и удаление ПО в базу данных и из нее, выработку аргументированных (по каким критериям осуществлен выбор) рекомендаций пользователю по покупке программ для решения определенных задач. Интерфейс должен содержать виртуальные функции.
Контрольные вопросы.
1. Что такое полиморфизм? Как он поддерживается в С++?
2. Чем полиморфизм времени выполнения программы отличается от полиморфизма времени компиляции?
3. Что такое наследование классов? Для чего оно применяется?
4. В чем заключаются особенности описания конструкторов и деструкторов при наследовании? В каком порядке они вызываются при создании и удалении объектов производного типа?
5. Объяснить механизмы множественного наследования.
6. В чем заключаются особенности использования указателей на базовые и производные классы?
7. Что такое виртуальные функции? Для чего они применяются?
8. Механизмы работы с виртуальными функциями.
9. В чем отличия чисто виртуальных функций от виртуальных?
10. Стандартные классы языка С++.
Лабораторная работа № 13.
Организация ввода-вывода в С++
Цели и задачи работы
Теоретические положения.
Вывод
Строгую типовую и единообразную работу как со встроенными, так и с пользовательскими типами можно обеспечить, если использовать единственное перегруженное имя функции для различных операций вывода.
Например:
put(cerr,"x = "); // cerr - выходной поток ошибокput(cerr,x);put(cerr,'\n');Тип аргумента определяет какую функцию надо вызывать в каждом случае.Такой подход применяется в нескольких языках, однако, это слишком длинная запись. За счет перегрузки операции << , чтобы она означала"вывести" ("put to"), можно получить более простую запись и разрешить программисту выводить в одном операторе последовательность объектов,например так:
cerr << "x = " << x << '\n';Здесь cerr обозначает стандартный поток ошибок. Так, если х типа intсо значением 123, то приведенный оператор выдаст
x = 123и еще символ конца строки в стандартный поток ошибок. Аналогично, если химеет пользовательский тип complex со значением (1,2.4), то указанный оператор выдаст
x = (1,2.4)в поток cerr. Такой подход легко использовать пока x такого типа, для которого определена операция <<, а пользователь может просто доопределить << для новых типов.
Мы использовали операцию вывода, чтобы избежать многословности,неизбежной, если применять функцию вывода. Но почему именно символ <<?. Невозможно изобрести новую лексему. Кандидатом для ввода и вывода была операция присваивания, но большинство людей предпочитает,чтобы операции ввода и вывода были различны. Более того, порядок выполнения операции = неподходящий, так cout=a=b означает cout=(a=b).Пробовали использовать операции < и >, но к ним так крепко привязано понятие "меньше чем" и "больше чем", что операции ввода-вывода с ними во всех практически случаях не поддавались прочтению.
Операции << и >> похоже не создают таких проблем. Они асиметричны,что позволяет приписывать им смысл "в" и "из". Они не относятся к числу наиболее часто используемых операций над встроенными типами, а приоритет << достаточно низкий, чтобы писать арифметические выражения в качестве операнда без скобок:
cout << "a*b+c=" << a*b+c << '\n';Скобки нужны, если выражение содержит операции с более низким приоритетом:
cout << "a^b|c=" << (a^b|c) << '\n';Операцию сдвига влево можно использовать в операции вывода, но, конечно,она должна быть в скобках:
cout << "a<<b=" << (a<<b) << '\n';Вывод встроенных типов
Для управления выводом встроенных типов определяется класс ostreamс операцией << (вывести):
class ostream : public virtual ios { // ...public: ostream& operator<<(const char*); //строки ostream& operator<<(char); ostream& operator<<(short i) { return *this << int(i); } ostream& operator<<(int); ostream& operator<<(long); ostream& operator<<(double); ostream& operator<<(const void*); // указатели // ... };Естественно, в классе ostream должен быть набор функций operator<<()для работы с беззнаковыми типами.
Функция operator<< возвращает ссылку на класс ostream, из которого она вызывалась, чтобы к ней можно было применить еще разoperator<<. Так, если х типа int, то
cerr << "x = " << x;понимается как
(cerr.operator<<("x = ")).operator<<(x);В частности, это означает, что если несколько объектов выводятся с помощью одного оператора вывода, то они будут выдаваться в естественном порядке: слева - направо.
Функция ostream::operator<<(int) выводит целые значения, а функция ostream::operator<<(char) - символьные. Поэтому функция
void val(char c){ cout << "int('"<< c <<"') = " << int(c) << '\n';}печатает целые значения символов и с помощью программы
main(){ val('A'); val('Z');}будет напечатано
int('A') = 65int('Z') = 90Здесь предполагается кодировка символов ASCII, на вашей машине может быть иной результат. Обратите внимание, что символьная константа имеет тип char, поэтому cout<<'Z' напечатает букву Z, а вовсе не целое 90.
Функция ostream::operator<<(const void*) напечатает значение указателя в такой записи, которая более подходит для используемой системы адресации.
Программа
main(){ int i = 0; int* p = new int(1); cout << "local " << &i << ", free store " << p << '\n';}выдаст на машине, используемой автором,
local 0x7fffead0, free store 0x500cДля других систем адресации могут быть иные соглашения об изображении значений указателей.
Обсуждение базового класса ios отложим до 10.4.1.
Вывод пользовательских типов
Рассмотрим пользовательский тип данных:
class complex { double re, im;public: complex(double r = 0, double i = 0) { re=r; im=i; } friend double real(complex& a) { return a.re; } friend double imag(complex& a) { return a.im; } friend complex operator+(complex, complex); friend complex operator-(complex, complex); friend complex operator*(complex, complex); friend complex operator/(complex, complex); //...};Для нового типа complex операцию << можно определить так:
ostream& operator<<(ostream&s, complex z){ return s << '(' real(z) << ',' << imag(z) << ')';};и использовать как operator<< для встроенных типов. Например,
main(){ complex x(1,2); cout << "x = " << x << '\n';}выдаст
x = (1,2)Для определения операции вывода над пользовательскими типами данных не нужно модифицировать описание класса ostream, не требуется и доступ к структурам данных, скрытым в описании класса. Последнее очень кстати,поскольку описание класса ostream находится среди стандартных заголовочных файлов, доступ по записи к которым закрыт для большинства пользователей, и изменять которые они вряд ли захотят, даже если бы могли. Это важно и по той причине, что дает защиту от случайной порчи этих структур данных. Кроме того имеется возможность изменить реализацию ostream, не затрагивая пользовательских программ.
Ввод встроенных типов
Класс istream определяется следующим образом:
class istream : public virtual ios { //...public: istream& operator>>(char*); // строка istream& operator>>(char&); // символ istream& operator>>(short&); istream& operator>>(int&); istream& operator>>(long&); istream& operator>>(float&); istream& operator>>(double&); //...};Функции ввода operator>> определяются так:
istream& istream::operator>>(T& tvar){ // пропускаем обобщенные пробелы // каким-то образом читаем T в`tvar' return *this; }Теперь можно ввести в VECTOR последовательность целых, разделяемых пробелами, с помощью функции:
int readints(Vector<int>& v)// возвращаем число прочитанных целых{ for (int i = 0; i<v.size(); i++) { if (cin>>v[i]) continue; return i; } // слишком много целых для размера Vector // нужна соответствующая обработка ошибки }Появление значения с типом, отличным от int, приводит к прекращению операции ввода, и цикл ввода завершается. Так, если мы вводим
1 2 3 4 5. 6 7 8.то функция readints() прочитает пять целых чисел
1 2 3 4 5Символ точка останется первым символом, подлежащим вводу. Под пробелом,как определено в стандарте С, понимается обобщенный пробел, т.е.пробел, табуляция, конец строки, перевод строки или возврат каретки.Проверка на обобщенный пробел возможна с помощью функции isspace()из файла <ctype.h>.
В качестве альтернативы можно использовать функции get():
class istream : public virtual ios { //... istream& get(char& c); // символ istream& get(char* p, int n, char ='n'); // строка};В них обобщенный пробел рассматривается как любой другой символ, и они предназначены для таких операций ввода, когда не делается никаких предположений о вводимых символах.
Функция istream::get(char&) вводит один символ в свой параметр.Поэтому программу посимвольного копирования можно написать так:
main(){ char c; while (cin.get(c)) cout << c;}Такая запись выглядит несимметрично, и у операции >> для вывода символов есть двойник под именем put(), так что можно писать и так:
main(){ char c; while (cin.get(c)) cout.put(c);}Функция с тремя параметрами istream::get() вводит в символьный вектор не более n символов, начиная с адреса p. При всяком обращении к get()все символы, помещенные в буфер (если они были), завершаются 0, поэтому если второй параметр равен n, то введено не более n-1 символов. Третий параметр определяет символ, завершающий ввод. Типичное использование функции get() с тремя параметрами сводится к чтению строки в буфер заданного размера для ее дальнейшего разбора, например так:
void f(){ char buf[100]; cin >> buf; // подозрительно cin.get(buf,100,'\n'); // надежно //... }Операция cin>>buf подозрительна, поскольку строка из более чем 99символов переполнит буфер. Если обнаружен завершающий символ, то он остается в потоке первым символом подлежащим вводу. Это позволяет проверять буфер на переполнение:
void f(){ char buf[100]; cin.get(buf,100,'\n'); // надежно char c; if (cin.get(c) && c!='\n') { // входная строка больше, чем ожидалось } //... }Естественно, существует версия get() для типа unsigned char.
В стандартном заголовочном файле <ctype.h> определены несколько функций, полезных для обработки при вводе:
int isalpha(char) // 'a'..'z' 'A'..'Z'int isupper(char) // 'A'..'Z'int islower(char) // 'a'..'z'int isdigit(char) // '0'..'9'int isxdigit(char) // '0'..'9' 'a'..'f' 'A'..'F'int isspace(char) // ' ' '\t' возвращает конец строки // и перевод форматаint iscntrl(char) // управляющий символ в диапазоне // (ASCII 0..31 и 127)int ispunct(char) // знак пунктуации, отличен от приведенных вышеint isalnum(char) // isalpha() | isdigit()int isprint(char) // видимый: ascii ' '..'~'int isgraph(char) // isalpha() | isdigit() | ispunct()int isascii(char c) { return 0<=c && c<=127; }Все они, кроме isascii(), работают с помощью простого просмотра,используя символ как индекс в таблице атрибутов символов. Поэтому вместо выражения типа
(('a'<=c && c<='z') || ('A'<=c && c<='Z')) // буквакоторое не только утомительно писать, но оно может быть и ошибочным(на машине с кодировкой EBCDIC оно задает не только буквы), лучше использовать вызов стандартной функции isalpha(), который к тому же более эффективен.
В качестве примера приведем функцию eatwhite(), которая читает из потока обобщенные пробелы:
istream& eatwhite(istream& is){ char c; while (is.get(c)) { if (isspace(c)==0) { is.putback(c); break; } } return is; }В ней используется функция putback(), которая возвращает символ в поток, и он становится первым подлежащим чтению.
Состояния потока
С каждым потоком (istream или ostream) связано определенное состояние.Нестандартные ситуации и ошибки обрабатываются с помощью проверки и установки состояния подходящим образом.
Узнать состояние потока можно с помощью операций над классом ios:
class ios { //ios является базовым для ostream и istream //...public: int eof() const; // дошли до конца файла int fail() const; // следующая операция будет неудачна int bad() const; // поток испорчен int good() const; // следующая операция будет успешной //...};Последняя операция ввода считается успешной, если состояние задаетсяgood() или eof(). Если состояние задается good(), то последующая операция ввода может быть успешной, в противном случае она будет неудачной. Применение операции ввода к потоку в состоянии, задаваемом не good(), считается пустой операцией. Если произошла неудача при попытке чтения в переменную v, то значение v не изменилось (оно не изменится, если v имеет тип, управляемый функциями члена из istreamили ostream). Различие между состояниями, задаваемыми как fail() или как bad() уловить трудно, и оно имеет смысл только для разработчиков операций ввода. Если состояние есть fail(), то считается, что поток не поврежден, и никакие символы не пропали; о состоянии bad() ничего сказать нельзя.
Значения, обозначающие эти состояния, определены в классе ios:
class ios { //...public: enum io_state { goodbit=0, eofbit=1, filebit=2, badbit=4, }; //...};Истинные значения состояний зависят от реализации, и указанные значения приведены только, чтобы избежать синтаксически неправильных конструкций.
Проверять состояние потока можно следующим образом:
switch (cin.rdstate()) {case ios::goodbit: // последняя операция с cin была успешной break;case ios::eofbit: // в конце файла break; case ios::filebit: // некоторый анализ ошибки // возможно неплохой break; case ios::badbit: // cin возможно испорчен break; }В более ранних реализациях для значений состояний использовались глобальные имена. Это приводило к нежелательному засорению пространства именования, поэтому новые имена доступны только в пределах класса ios. Если вам необходимо использовать старые имена в сочетании с новой библиотекой, можно воспользоваться следующими определениями:
const int _good = ios::goodbit;const int _bad = ios::badbit;const int _file = ios::filebit;const int _eof = ios::eofbit;typedef ios::io_state state_value ;Разработчики библиотек должны заботиться о том, чтобы не добавлять новых имен к глобальному пространству именования. Если элементы перечисления входят в общий интерфейс библиотеки, они всегда должны использоваться в классе с префиксами, например, как ios::goodbitи ios::io_state.
Для переменной любого типа, для которого определены операции<< и >>, цикл копирования записывается следующим образом:
while (cin>>z) cout << z << '\n';Если поток появляется в условии, то проверяется состояние потока, и условие выполняется (т.е. результат его не 0) только для состоянияgood(). Как раз в приведенном выше цикле проверяется состояние потокаistream, что является результатом операции cin>>z. Чтобы узнать,почему произошла неудача в цикле или условии, надо проверить состояние.Такая проверка для потока реализуется с помощью операции приведения (7.3.2).
Так, если z является символьным вектором, то в приведенном цикле читается стандартный ввод и выдается для каждой строки стандартного вывода по одному слову (т.е. последовательности символов, не являющихся обобщенными пробелами). Если z имеет тип complex, то в этом цикле с помощью операций, определенных в 10.2.2 и 10.2.3, будут копироваться комплексные числа. Шаблонную функцию копирования для потоков со значениями произвольного типа можно написать следующим образом:
complex z;iocopy(z,cin,cout); // копирование complexdouble d;iocopy(d,cin,cout); // копирование doublechar c;iocopy(c,cin,cout); // копирование charПоскольку надоедает проверять на корректность каждую операцию ввода-вывода, то распространенным источником ошибок являются именно те места в программе, где такой контроль существенен. Обычно операции вывода не проверяют, но иногда они могут завершиться неудачно. Потоковый ввод-вывод разрабатывался из того принципа, чтобы сделать исключительные ситуации легкодоступными, и тем самым упростить обработку ошибок в процессе ввода-вывода.
Ввод пользовательских типов
Операцию ввода для пользовательского типа можно определить в точности так же, как и операцию вывода, но для операции ввода существенно, чтобы второй параметр имел тип ссылки, например:
istream& operator>>(istream& s, complex& a)/* формат input рассчитан на complex; "f" обозначает float: f ( f ) ( f , f )*/{ double re = 0, im = 0; char c = 0; s >> c; if (c == '(') { s >> re >> c; if (c == ',') s >> im >> c; if (c != ')') s.clear(ios::badbit); // установим состояние } else { s.putback(c); s >> re; } if (s) a = complex(re,im); return s;}Несмотря на сжатость кода, обрабатывающего ошибки, на самом деле учитывается большая часть ошибок. Инициализация локальной переменной с нужна для того, чтобы в нее не попало случайное значение, например'(', в случае неудачной операции. Последняя проверка состояния потока гарантирует, что параметр a получит значение только при успешном вводе.
Операция, устанавливающая состояние потока, названа clear()(здесь clear - ясный, правильный), поскольку чаще всего она используется для восстановления состояния потока как good(); значением по умолчанию для параметра ios::clear() являетсяios::goodbit.
Форматирование
Все примеры из 10.2 содержали неформатированный вывод, который являлся преобразованием объекта в последовательность символов, задаваемую стандартными правилами, длина которой также определяется этими правилами. Часто программистам требуются более развитые возможности.Так, возникает потребность контролировать размер памяти, необходимой для операции вывода, и формат, используемый для выдачи чисел.Точно так же допустимо управление некоторыми аспектами ввода.
Класс ios
Большинство средств управления вводом-выводом сосредоточены в классеios, который является базовым для ostream и istream. По сути здесь находится управление связью между istream или ostream и буфером,используемым для операций ввода-вывода. Именно класс ios контролирует, как символы попадают в буфер и как они выбираются оттуда. Так, в классеios есть член, содержащий информацию об используемой при чтении или записи целых чисел системы счисления (десятичная, восьмеричная или шестнадцатеричная), о точности вещественных чисел и т.п., а также функции для проверки и установки значений переменных, управляющих потоком.
class ios { //...public: ostream* tie(ostream* s); // связать input и output ostream* tie(); // возвратить "tie"int width(int w); // установить поле widthint width() const;char fill(char); // установить символ заполненияchar fill() const; // вернуть символ заполненияlong flags(long f);long flags() const;long setf(long setbits, long field);long setf(long);long unsetf(long);int precision(int); // установить точность для floatint precision() const;int rdstate(); const; // состояния потоков, см. §10.3.2int eof() const;int fail() const;int bad() const;int good() const;void clear(int i=0);//... };В 10.3.2 описаны функции, работающие с состоянием потока, остальные приведены ниже.
Связывание потоков
Функция tie() может установить и разорвать связь между ostream иistream. Рассмотрим пример:
main(){ String s; cout << "Password: "; cin >> s; // ... }Как можно гарантировать, что приглашение Password: появится на экране прежде, чем выполниться операция чтения? Вывод в cout и ввод из cin буферизуются, причем независимо, поэтому Password: появится только по завершении программы, когда закроется буфер вывода.
Решение состоит в том, чтобы связать cout и cin с помощью операции cin.tie(cout).
Если ostream связан с потоком istream, то буфер вывода выдается при каждой операции ввода над istream. Тогда операции
cout << "Password: ";cin >> s;эквивалентны
cout << "Password: ";cout.flush();cin >> s;Обращение is.tie(0) разрывает связь между потоком is и потоком, с которым он был связан, если такой был. Подобно другим потоковым функциям, устанавливающим определенное значение, tie(s) возвращает предыдущее значение, т.е. значение связанного потока перед обращением или 0. Вызов без параметра tie() возвращает текущее значение.
Поля вывода
Функция width() устанавливает минимальное число символов, использующееся в последующей операции вывода числа или строки. Так в результате следующих операций
cout.width(4);cout << '(' << 12 << ')';получим число 12 в поле размером 4 символа, т.е.
(12)Заполнение поля заданными символами или выравнивание можно установить с помощью функции fill(), например:
cout.width(4);cout.fill('#');cout << '(' << "ab" << ')';напечатает
###(ab)По умолчанию поле заполняется пробелами, а размер поля по умолчанию есть 0, что означает "столько символов, сколько нужно". Вернуть размеру поля стандартное значение можно с помощью вызова
cout.width(0); // ``столько символов, сколько надо''Функция width() задает минимальное число символов. Если появится больше символов, они будут напечатаны все, поэтому
cout.width(4);cout << '(' << "121212" << ")\n";напечатает
(121212)Причина, по которой разрешено переполнение поля, а не усечение вывода,в том, чтобы избежать зависания при выводе. Лучше получить правильную выдачу, выглядящую некрасиво, чем красивую выдачу, являющуюся неправильной.
Вызов width() влияет только на одну следующую за ним операцию вывода, поэтому
cout.width(4);cout.fill('#');cout << '(' << 12 << "),(" << '(' <<12 << ")\n";напечатает
(##12),((12)а не
(##12),(##12)как можно было бы ожидать. Однако, заметьте, что если бы влияние распространялось на все операции вывода чисел и строк, получился бы еще более неожиданный результат:
(##12#),(##12#)С помощью стандартного манипулятора, показанного в 10.4.2.1, можно более элегантно задавать размера поля вывода.
Состояние формата
В классе ios содержится состояние формата, которое управляется функциями flags() и setf(). По сути эти функции нужны, чтобы установить или отменить следующие флаги:
class ios {public: // управляющие форматом флаги: enum { skipws=01, // пропуск обобщенных пробелов для input // поле выравнивания: left=02, // добавление перед значением right=04, // добавление после значения internal=010, // добавление между знаком и значением // основание целого: dec=020, // восьмеричное oct=040, // десятичное hex=0100, // шестнадцатеричное showbase=0200, // показать основание целого showpoint=0400, // выдать нули в конце uppercase=01000, // 'E', 'X' , а не 'e', 'x' showpos=02000, // '+' для положительных чисел // запись числа типа float: scientific=04000, // .dddddd Edd fixed=010000, // dddd.dd // сброс в выходной поток: unitbuf=020000, // после каждой операции stdio=040000 // после каждого символа }; //...};Смысл флагов будет разъяснен в последующих разделах. Конкретные значения флагов зависят от реализации и даны здесь только для того,чтобы избежать синтаксически неверных конструкций.
Определение интерфейса как набора флагов и операций для их установки или отмены - это оцененный временем, хотя и несколько устаревший прием. Основное его достоинство в том, что пользователь может собрать воедино набор флагов, например, так:
const int my_io_options = ios::left|ios::oct|ios::showpoint|ios::fixed;Такое множество флагов можно задавать как параметр одной операции
cout.flags(my_io_options);а также просто передавать между функциями одной программы:
void your_function(int ios_options);void my_function(){ // ... your_function(my_io_options); // ...}Множество флагов можно установить с помощью функции flags(), например:
void your_function(int ios_options){ int old_options = cout.flags(ios_options); // ... cout.flags(old_options); // reset options }Функция flags() возвращает старое значение множества флагов. Это позволяет переустановить значения всех флагов, как показано выше,а также задать значение отдельному флагу. Например вызов
myostream.flags(myostream.flags()|ios::showpos);заставляет класс myostream выдавать положительные числа со знаком+ и, в то же время, не меняет значения других флагов. Получается старое значение множества флагов, к которому добавляется с помощью операции | флаг showpos. Функция setf() делает то же самое,поэтому эквивалентная запись имеет вид
myostream.setf(ios::showpos);После установки флаг сохраняет значение до явной отмены.
Все-таки управление вводом-выводом с помощью установки и отмены флагов - грубое и ведущее к ошибкам решение. Если только вы тщательно не изучите свое справочное руководство и не будете применять флаги только в простых случаях, как это делается в последующих разделах, то лучше использовать манипуляторы (описанные в 10.4.2.1). Приемы работы с состоянием потока лучше изучить на примере реализации класса, чем изучая интерфейс класса.
Вывод целых
Прием задания нового значения множества флагов с помощью операции | и функций flags() и setf() работает только тогда, когда один бит определяет значение флага. Не такая ситуация при задании системы счисления целых или вида выдачи вещественных. Здесь значение, определяющее вид выдачи,нельзя задать одним битом или комбинацией отдельных битов.
Решение, принятое в <iostream.h>, сводится к использованию версии функции setf(), работающей со вторым "псевдопараметром", который показывает какой именно флаг мы хотим добавить к новому значению.
Поэтому обращения
cout.setf(ios::oct,ios::basefield); // восьмеричноеcout.setf(ios::dec,ios::basefield); // десятичноеcout.setf(ios::hex,ios::basefield); // шестнадцатеричноеустановят систему счисления, не затрагивая других компонентов состояния потока. Если система счисления установлена, она используется до явной переустановки, поэтому
cout << 1234 << ' '; // десятичное по умолчаниюcout << 1234 << ' ';cout.setf(ios::oct,ios::basefield); // восьмеричноеcout << 1234 << ' ';cout << 1234 << ' ';cout.setf(ios::hex,ios::basefield); // шестнадцатеричноеcout << 1234 << ' ';cout << 1234 << ' ';напечатает
1234 1234 2322 2322 4d2 4d2Если появится необходимость указывать систему счисления для каждого выдаваемого числа, следует установить флаг showbase. Поэтому, добавив перед приведенными выше обращениями
cout.setf(ios::showbase);мы получим
1234 1234 02322 02322 0x4d2 0x4d2Стандартные манипуляторы, приведенные в §10.4.2.1, предлагают более элегантный способ определения системы счисления при выводе целых.
Выравнивание полей
С помощью обращений к setf() можно управлять расположением символов в пределах поля:
cout.setf(ios::left,ios::adjustfield); // влевоcout.setf(ios::right,ios::adjustfield); // вправоcout.setf(ios::internal,ios::adjustfield); // внутреннееБудет установлено выравнивание в поле вывода, определяемом функциейios::width(), причем не затрагивая других компонентов состояния потока.
Выравнивание можно задать следующим образом:
cout.width(4);cout << '(' << -12 << ")\n";cout.width(4);cout.setf(ios::left,ios::adjustfield);cout << '(' << -12 << ")\n";cout.width(4);cout.setf(ios::internal,ios::adjustfield);cout << '(' << -12 << "\n";что выдаст
(-12)( -12 )(-12)Если установлен флаг выравнивания internal (внутренний), то символы добавляются между знаком и величиной. Как видно, стандартным является выравнивание вправо.
Вывод плавающих чисел.
Вывод вещественных величин также управляется с помощью функций,работающих с состоянием потока. В частности, обращения:
cout.setf(ios::scientific,ios::floatfield);cout.setf(ios::fixed,ios::floatfield);cout.setf(0,ios::floatfield); // вернуться к стандартномуустановят вид печати вещественных чисел без изменения других компонентов состояния потока.
Например:
cout << 1234.56789 << '\n';cout.setf(ios::scientific,ios::floatfield);cout << 1234.56789 << '\n';cout.setf(ios::fixed,ios::floatfield);cout << 1234.56789 << '\n';напечатает
1234.571.234568e+031234.567890После точки печатается n цифр, как задается в обращении
cout.precision(n)По умолчанию n равно 6. Вызов функции precision влияет на все операции ввода-вывода с вещественными до следующего обращения к precision,поэтому
cout.precision(8);cout << 1234.56789 << '\n';cout << 1234.56789 << '\n';cout.precision(4);cout << 1234.56789 << '\n';cout << 1234.56789 << '\n';выдаст
1234.56791234.567912351235Заметьте, что происходит округление, а не отбрасывание дробной части.
Стандартные манипуляторы, введенные в §10.4.2.1, предлагают более элегантный способ задания формата вывода вещественных.
Манипуляторы
К ним относятся разнообразные операции, которые приходится применять сразу перед или сразу после операции ввода-вывода. Например:
cout << x;cout.flush();cout << y;cin.eatwhite();cin >> x;Если писать отдельные операторы как выше, то логическая связь между операторами неочевидна, а если утеряна логическая связь, программу труднее понять.
Идея манипуляторов позволяет такие операции как flush() илиeatwhite() прямо вставлять в список операций ввода-вывода. Рассмотрим операцию flush(). Можно определить класс с операцией operator<<(), в котором вызывается flush():
class Flushtype { };ostream& operator<<(ostream& os, Flushtype){ return flush(os);}определить объект такого типа
Flushtype FLUSH;и добиться выдачи буфера, включив FLUSH в список объектов, подлежащих выводу:
cout << x << FLUSH << y << FLUSH ;Теперь установлена явная связь между операциями вывода и сбрасывания буфера. Однако, довольно быстро надоест определять класс и объект для каждой операции, которую мы хотим применить к поточной операции вывода.К счастью, можно поступить лучше. Рассмотрим такую функцию:
typedef ostream& (*Omanip) (ostream&);ostream& operator<<(ostream& os, Omanip f){ return f(os);}Здесь операция вывода использует параметры типа "указатель на функцию,имеющую аргумент ostream& и возвращающую ostream&". Отметив, что flush()есть функция типа "функция с аргументом ostream& и возвращающаяostream&", мы можем писать
cout << x << flush << y << flush;получив вызов функции flush(). На самом деле в файле <iostream.h>функция flush() описана как
ostream& flush(ostream&);а в классе есть операция operator<<, которая использует указатель на функцию, как указано выше:
class ostream : public virtual ios { // ...public: ostream& operator<<(ostream& ostream& (*)(ostream&)); // ...};В приведенной ниже строке буфер выталкивается в поток cout дважды в подходящее время:
cout << x << flush << y << flush;Похожие определения существуют и для класса istream:
istream& ws(istream& is ) { return is.eatwhite(); }class istream : public virtual ios { // ...public: istream& operator>>(istream&, istream& (*) (istream&)); // ...};поэтому в строке
cin >> ws >> x;действительно обобщенные пробелы будут убраны до попытки чтения в x.Однако, поскольку по умолчанию для операции >>пробелы "съедаются" и так, данное применение ws() избыточно.
Находят применение и манипуляторы с параметрами. Например,может появиться желание с помощью
cout << setprecision(4) << angle;напечатать значение вещественной переменной angle с точностью до четырех знаков после точки.
Для этого нужно уметь вызывать функцию, которая установит значение переменной, управляющей в потоке точностью вещественных.Это достигается, если определить setprecision(4) как объект, который можно "выводить" с помощью operator<<():
class Omanip_int { int i; ostream& (*f) (ostream&,int);public: Omanip_int(ostream& (*ff) (ostream&,int), int ii) : f(ff), i(ii) { } friend ostream& operator<<(ostream& os, Omanip& m) { return m.f(os,m.i); } };Конструктор Omanip_int хранит свои аргументы в i и f, а с помощьюoperator<< вызывается f() с параметром i. Часто объекты таких классов называют объект-функция. Чтобы результат строки
cout << setprecision(4) << angleбыл таким, как мы хотели, необходимо чтобы обращение setprecision(4)создавало безымянный объект класса Omanip_int, содержащий значение 4и указатель на функцию, которая устанавливает в потоке ostream значение переменной, задающей точность вещественных:
ostream& _set_precision(ostream&,int);Omanip_int setprecision(int i){ return Omanip_int(&_set_precision,i);}Учитывая сделанные определения, operator<<() приведет к вызовуprecision(i).
Утомительно определять классы наподобие Omanip_int для всех типов аргументов, поэтому определим шаблон типа:
template<class T> class OMANIP { T i; ostream& (*f) (ostream&,T);public: OMANIP(ostream (*ff) (ostream&,T), T ii) : f(ff), i(ii) { }friend ostream& operator<<(ostream& os, OMANIP& m) { return m.f(os,m.i) }};С помощью OMANIP пример с установкой точности можно сократить так:
ostream& precision(ostream& os,int){ os.precision(i); return os;}OMANIP<int> setprecision(int i){ return OMANIP<int>(&precision,i);}В файле <iomanip.h> можно найти шаблон типа OMANIP, его двойник дляistream - шаблон типа SMANIP, а SMANIP - двойник для ioss.Некоторые из стандартных манипуляторов, предлагаемых поточной библиотекой, описаны ниже. Отметим,что программист может определить новые необходимые ему манипуляторы, не затрагивая определений istream,ostream, OMANIP или SMANIP.
Идею манипуляторов предложил А. Кениг. Его вдохновили процедуры разметки (layout ) системы ввода-вывода Алгола68. Такая техника имеет много интересных приложений помимо ввода-вывода. Суть ее в том, что создается объект, который можно передавать куда угодно и который используется как функция. Передача объекта является более гибким решением, поскольку детали выполнения частично определяются создателем объекта, а частично тем, кто к нему обращается.
Дата добавления: 2019-09-13; просмотров: 212; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!