C++程序设计课件：第7章 输入输出流

1、输入/输出流层次 终端输入/输出 文件读写,输入/输出流,流 - 数据在程序和设备之间“流动”,流的基本概念,流的基本概念,流 - 可以看作一个无限长的二进制数字序列 通过读写指针进行流的读和写(以字节为单位),将流上的数据读进变量x,将y的值写入流,y,x,输出流 可以看作一端无限，另一端通过写指针不停地向后写入新内容的单向流，,写指针,流的基本概念,输入流 可以看作一端无限，另一端通过读指针不停地从流中读取新内容的单向流，读出的内容从流中删去。,读指针,流的基本概念,有格式读写，以某种数据类型为单位读写 例如：读一个整数，写一个浮点数等； 无格式读写，以字节为单位读写，不区分其中的内容 例

2、如：读20个字节，写50个字节等；,有格式读写和无格式读写字符方式/二进制方式读写,缓冲,引入缓冲的目的是解决CPU的运行速度和外设操作速度 不匹配的矛盾。如输出时先写入缓冲区，再成批输出。 成批写出数据比一个一个写出数据节约时间。,一般地，缓冲区在内存中。,向输出流中写数据时，通常是先向缓冲区中写，当缓冲区写满时，才真正向输出流写；也可以通过函数在程序中主动将缓冲区内容写入输出流。,缓冲区刷新,基本输入输出流类体系,C+预定义了流类，用于完成数据的“流动”(输入输出),流基类,通用输入流基类,通用输出流基类,通用输入输出流类基类,抽象缓冲区基类,在这些已定义的类中， 给出了若干方法(成员函数

3、)， 用于控制输入输出。,使用上述流类，必须包含头文件 “ iostream”,用运算符重载实现标准设备的输入输出,观察头文件istream.h ：,class istream : virtual public ios public: istream,C+ 对基本的数据类型，均定义了重载运算符 ,将右移位运算符 重载为 提取 运算符, class istream_withassign : public istream ; extern istream cin; ,编译器会将 cinxy; 解释成 (cin.operator(x) .operator(y);,I/O流 C+的输入/输出操作由标准

4、I/O库实现，通常称为I/O流 I/O流是一个利用模板、多继承和虚继承实现的类层次结构，用它可以进行内置数据类型的终端（控制台）、文件和内存输入/输出操作 类的设计者也可以扩展I/O流类层次，来处理自定义类型数据的输入和输出,终端输入输出 终端输入操作由输入流istream提供 终端输出操作由输出流ostream提供 iostream是同时从istream和ostream派生的类，允许双向的输入/输出 为了使用输入/输出操作，需要包含头文件 iostream库预定义了一些标准流对象： cin：istream类对象，代表标准输入，用于从用户终端读入数据 cout：ostream类对象，代表标准输

5、出，用于向用户终端写数据 cerr：ostream类对象，代表标准错误输出，用于输出错误消息 标准流的默认输入/输出设备是控制台（console）终端,同理： C+还定义了三个输出流对象 cout、cerr 和 clog。 这三个对象均是ostream_withassign类的对象， 它们均在头文件ostream.h中被定义,cin 标准输入流(输入设备是键盘) cout 标准输出流(输出设备是显示器) cerr 标准错误输出流，没有缓冲，立刻输出。 clog 输出日志信息，有缓冲，缓冲区满后被输出。,同理在ostream类中重载了 运算符,编译器会将 coutxy; 解释成 (cout.op

6、erator(x) .operator(y);,例 使用cout、cerr和clog #include #include void main( ) double x; coutx; if(x0) cerrx is not a positive number!n; /B return; clogThe root of x is sqrt(x)endl; /C ,在本例中，cout、cerr和clog的作用相同。 而cerr和clog的区别在于，cerr是非缓冲输出， 而clog是缓冲输出。请看例14.3：,缺省的输入输出格式 1缺省的（默认的）输入格式,cin 是缓冲流，当输入一行结束按回车（E

7、nter）时， 操作系统将输入内容放入输入缓冲区， 然后 cin 从输入缓冲区提取数据。,输入数据时，在缺省的情况下，数据之间的分隔符为： 键（空格键）、键（制表键）或键（回车键），这三个键通称为空白字符。,输入数据的类型必须与提取数据的变量类型一致。,如：char c1, c2, c3; cinc1c2c3; 程序运行时， 可输入：abc 也可输入：ab c 或输入：a b c 在上述情况下， 三个变量c1、c2和c3获得值均为 a、b 和 c。 应注意，最后输入的总是回车键。,又如：char s120, s220; cins1s2; 输入abcd 或输入abcd 或输入abcd 结果字符串

8、s1和s2提取的值均分别为ab和cd。,回车 起两个作用： 表示一行结束，可进行提取操作了。 可用它做数据分隔符。,7.4 用成员函数实现输入输出 7.4.1 输出函数 在ostream类中定义了一些公有成员函数，用于输出。,ostream /刷新输出流,例：int i=97; cout.put( char(i) ); char c=*; cout.put( c ); cout.write(abcd, 2);,运行结果： a*ab,表示输出一个字符,表示输出字符串 前 n 个字符,7.4.2 输入函数 在istream类中定义了一些公有成员函数，控制输入。,读取一个字符, 不跳过空白字符,注意

9、 get( ) 和 getline( ) 的区别！,读取一行字符， 不提取n,读取一行字符， 提取n,例： 读取字符和字符串 void main( ) char c1, c2, c3; char str180, str2100; cout输入三个字符:; c1=cin.get( ); cin.get(c2); cin.get(c3); cin.get( ); cout输入第一行字符串:; cin.get(str1,80); cin.get( ); cout输入第二行字符串:; cin.getline(str2,80);,运行： abc computer operator,续： cout.put

10、(c1).put(c2).put(c3).put(n); cout.write(str1, 3); cout.write(str2, strlen(str2); cout.put(n); ,输出结果： abc comoperator,例7.14 输入成员函数的使用 #include #include void main( ) char buf20, max20; int cnum, mc=0; while(cin.getline(buf, 20) / A 提取一行字符，读取并舍弃行尾标志n cnum = cin.gcount( ); / B 获取A行的getline( )实际读取的字符个数 i

11、f(cnummc) mc=cnum; strcpy(max, buf); coutlen=cnum-1,bufendl; / C coutmax len=mc-1,maxendl; / D ,程序的运行状况是： an apple len=8, an apple very good len=9, very good pear? len=5, pear? ok! len=3, ok! Z /输入Ctrl+z，表示输入流结束。 max len=9, very good,程序功能： 输入若干行字符（假定每行少于20个字符），输出每行的字符个数，最后将最长的行及其长度输出。,7.5 重载插入和提取运算符

12、,istream 和 ostream 类对标准数据类型，已定义了 重载运算符: 提取运算符 和 插入运算符 。看头文件 istream.h,对用户新定义的数据类型如“复数”， 能否直接使用 和 进行提取和插入操作呢?,即 如果 Complex c1, c2; 能否 cin c1 ; cout c2;,回答：能! 但必须在定义Complex 类时， 定义重载运算符 和 。,如：int x; cinx; 则自动解释成 cin.operator(x);,前已述，“文件”指:,(1) 磁盘文件 (2) 设备文件(如键盘、显示器、打印机等),这里特别介绍： 磁盘文件,文本文件中存放的是“文本流”- 一串

13、 ASCII 字符,二进制文件中存放的是“二进制流” - 按内存的二进制格式存放（内存映象）,在“流”中的数据是以字节为单位的。,文件操作是指对文件中的内容进行读写。,文件流,数值 12345 在 文本流中和二进制流中的形式：,区别：,在“流”中的 数据是以字节 为单位的。,7.6.1 文件流类体系,在流类体系中，包含文件流类体系,完成从文件提取数据,完成向文件插入数据,完成提取插入操作,完成文件缓冲区管理,7.6.2 文件的打开和关闭,文件的使用过程如下： (1) 定义一个文件流对象 (2) 打开文件 (3) 对文件进行读写操作 (4) 关闭文件,1. 定义一个文件流对象 如：ifstrea

14、m infile; /用于与一个输入文件建立联系 ofstream outfile; /用于与一个输出文件建立联系 fstream iofile; /用于与一个输入输出文件建立联系,使用文件流类， 必须包含头文件 “fstream.h”,如：infile.open(“myfile1.txt”); /打开 myfile1.txt 用于读 outfile.open(“myfile2.txt”); /打开 myfile2.txt 用于写 iofile.open(“myfile3.txt”, ios:in| ios:out); /打开 myfile3.txt 用于读写,定义流对象和打开文件可合二为一：

15、,调用成员函数 打开文件。,调用构造函数 打开文件。,2. 打开文件,open( ) 函数格式,打开文件成员函数 格式：,void fstream:open(const char *, int, int=filebuf:openprot); void ifstream:open(const char *, int=ios:in, int=filebuf:openprot); void ofstream:open(const char *, int=ios:out, int=filebuf:openprot);,参数 ios: 意义,在 ios 类中，定义了一个公有的无名枚举成员， 用于定义文件

16、的打开方式。,enum open_mode in=0 x01, /按读方式打开文件 out=0 x02, /按写方式打开文件 ate=0 x04, app=0 x08, /按增补(追加)方式打开文件 trunc=0 x10, nocreate=0 x20, noplace=0 x40, binary=0 x80, /打开二进制文件 ;,引用方式为： ios:in ios:out ios:in|ios:binary ios:out |ios:binary 等等,位运算“|”或，组合条件,与 cin 和 cout 的用法相同 如：infile x; outfile y;,3. 对文件进行读写操作,

17、在对文件进行读写时，我们将文件看成字符流，,随着文件的读写，指针移动。,4. 关闭文件,void ifstream:close( ); void ofstream:close( ); void fstream:close( );,如：infile.close( ); /切断与输入文件 myfile1.txt 的联系 outfile.close( ); /切断与输出文件 myfile2.txt 的联系 iofile.close( ); /切断与输入输出文件 myfile3.txt 的联系,文件读写完毕，必须关闭。,关闭文件成员函数 格式 ：,14.6.3 文本文件的读写,例 14.21 将数值1

18、100及其平方根写入文件 sqrttable.txt #include #include #include void main( ) double x; ofstream out; / 定义一个输出流对象 out.open(sqrttable.txt); / 打开文本文件sqrttable.txt for(x=1; x=100; x+) outxtsqrt(x)endl; / 将结果写入文件 out.close( ); / 关闭文件 ,演示并察看结果文件,例 14.22 编写一个程序，用于显示一个文本文件 #include #include #include void main( ) char

19、 filename40, line80; ifstream infile; coutfilename; / A infile.open(filename); / B,if(!infile) coutCan not open file: filenameendl; exit(1); while(infile.getline(line, 80) / 读入一行 coutlineendl; infile.close( ); / 显示一行 ,演示,“！”为重载的运算符,7.6.4 二进制文件的读写,1. 文件的读写操作（成块读写）,前三个为读取操作：将第二个参数指定的字节数读入到 以第一个参数为起始地址

20、的内存中。,后三个为写操作：从第一个参数为起始地址的内存开始， 将连续的第二个参数指定字节数的 内容写到文件中。,7.7 文件的随机访问,文件内容,读写数据后自动移动,istream类和ostream类 提供成员函数 ， 控制读写位置指针的移动， 实现文件的随机读写。,文件刚打开时：,前三个：适用于输入文件 get 后三个：适用于输出文件 put,其中: 在 ios 类中定义 typedef long streamoff ; /offset typedef long streampos; /position,所以, 本质上, streamoff 和 streampos 就是long 类型,另外

21、，在 ios 类中定义枚举类型： enum seek_dir beg=0, /文件开始处，使用 ios:beg cur=1, /当前位置， 使用 ios:cur end=2 /文件结束处，使用 ios:end ;,用于指定移动文件 指针时的参照点。,同理得出后三个函数的功能！,例 7.29 将Fibonnaci数列的前40项写入二进制文件fib.bin中，然后输出其中的奇数项，每行输出5个数。 #include #include #include #include void main( ) fstream iofile(fib.bin,ios:in|ios:out|ios:binary); i

22、f( !iofile ) coutCan not open file: fib.binendl; exit(1); ,streampos pos = iofile.tellp( ); coutBegin posi=posendl; int f1=1, f2=1; for( int i=0; i20; i+ ) iofile.write(char*),例 7.29 续2 iofile.seekp(0, ios:beg); /将读写位置指针重新定位于文件起始位置 for(i=0; i20; i+) iofile.read(char*) ,二进制文件读写，直接写二进制数据，记事本看未必正确。,/下面

23、的程序从键盘输入几个学生的姓名的成绩，/ 并以二进制 /文件形式存起来 #include #include using namespace std; class CStudent public: char szName20; int nScore; ;,int main() CStudent s; ofstream OutFile( c:tmpstudents.dat, ios:out|ios:binary); while( cin s.szName s.nScore ) if( stricmp(s.szName,“exit”) = 0) /名字为exit则结束 break; OutFile.

24、write(char * ) ,输入： Tom 60 Jack 80 Jane 40 exit 0 则形成的 students.dat 为 72字节，用 记事本打开，呈现： Tom 烫烫烫烫烫烫烫烫 Jack 烫烫烫烫烫烫烫蘌 Jane 烫烫烫烫烫烫烫?,/下面的程序将 students.dat 文件的内容读出并显示 #include #include using namespace std; class CStudent public: char szName20; int nScore; ;,int main() CStudent s; ifstream InFile(“c:tmpstud

25、ents.dat”,ios:in);if(!InFile) cout error endl; return 0; while( InFile.read( (char* ) ,输出： Tom 60 Jack 80 Jane 40,/下面的程序将 students.dat 文件的Jane的名字改成Mike #include #include using namespace std; class CStudent public: char szName20; int nScore; ;,输出： Tom 60 Jack 80 Mike 40,int main() CStudent s; fstream

26、 iofile( c:tmpstudents.dat,ios:in|ios:out); if( !iofile) cout error ; return 0; iofile.seekg( 2 * sizeof(s),ios:beg);/定位写指针到第三个记录 iofile.write(Mike,strlen(Mike)+1); iofile.seekp(0,ios:beg); /定位读指针到开头 while( iofile.read( (char* ) ,7.8 输入输出流的出错处理,ios类中，有一个输入输出出错状态字state， 各状态位由ios类中定义的枚举常量来表示： enum io_

27、state goodbit = 0 x00, / 表示状态正常 eofbit = 0 x01,/ 表示达到了文件结尾 failbit = 0 x02,/ 表示I/O操作失败 badbit = 0 x04 / 表示试图进行非法操作 ;,在使用流进行输入输出操作时，可能会出现一些错误。 如当程序中需要输入整型数时，在输入流中却出现了字符。 C+提供一套类机制，用于检测输入输出流状态，以发现错误并清除错误状态。,ios 类提供了几个内联函数，用于完成查看状态字state中的各个状态位、清除状态字等工作。 各函数的功能是： rdstate( ) 返回当前状态字 operator!( ) ! 运算符重载

28、，与fail( )函数功能相同 bad( ) 如果badbit被置位，返回真，否则返回假 clear(int _i=0) 用参数 _i 置新的状态字 eof( ) 如果eofbit被置位，返回真，否则返回假 fail( ) 如果badbit或failbit被置位,返回真,否则返回假 good( ) 如果无任何错误返回真，否则返回假,例7.31 出错处理函数的使用 #include void main( ) double aver=0, score; char temp80; for(int i=0; iscore; while(cin.rdstate( ) / 若有输入错误 cin.clear

29、( ); / 清除出错状态，但错误输入依然留在输入缓冲区中,cin.getline(temp,80); / 将缓冲区中的错误输入读入到temp，丢弃 coutscore; aver+=score; aver/=10; coutaver=“ averendl; ,程序的一次运行状况可能如下： 10 20 30 a a为非法输入，请重新输入! 40 50 60 70 80 90 100 aver=55,异常处理,程序中的错误及处理 异常机制 多态异常处理,编写健壮、没有Bug的程序是软件开发的首要任务，实际软件开发中，花费最大的是测试、发现和修复Bug。预测和处理错误占据了大多数代码。 发现问题的

30、时间越晚，修复所需付出的代价越高。 尽量避免产生错误； 编译器发现的语法错误； 通过编译的Bug，首次测试被发现； 偶尔出现的Bug（更难被发现修复）； 程序的脆弱性（异常输入、内存不足等）。,程序中的各种错误,-59-,不同类型的Bug,Bug：程序员犯错引起的程序功能错误； 逻辑错误：由于程序员对问题以及解决方案的误解所引起的； 异常：由于不常见但可预见的问题（如内存不足或磁盘空间耗尽）引起的。,-60-,处理意外情况,通过设计审核和详尽测试来发现逻辑错误。 我们无法消除异常，只能为各种可能的异常情况提前做好准备（如内存不足、磁盘空间不足）。 出现异常时有以下的处理方式 崩溃 通知用户并妥

31、善退出 通知用户，让用户尝试恢复并继续执行 采取措施，在不影响用户的情况下继续运行,很难做到从所有异常情况下恢复正常，但最起码不能让 程序直接崩溃。,-61-,什么是异常,异常是一段代码遇到异常状态后，通知另一段代码（异常处理代码）并进行处置的机制。 遇到错误的代码抛出（throw）异常 处理异常的代码捕获（catch）异常 异常的处理流程不遵守常规的代码执行流程，代码抛出异常后，立即停止执行，跳转到异常处理处。,异常处理的基本思想,异常处理的实现机制,抛掷异常的程序段 . throw 表达式; .,捕获并处理异常的程序段 try 复合语句 catch（异常类型声明） 复合语句 catch（异

32、常类型声明） 复合语句 ,异常处理的实现机制,若有异常则通过throw操作创建一个异常对象并抛掷。 将可能抛出异常的程序段嵌在try块之中。控制通过正常的顺序执行到达try语句，然后执行try块内的保护段。 如果在保护段执行期间没有引起异常，那么跟在try块后的catch子句就不执行。程序从try块后跟随的最后一个catch子句后面的语句继续执行下去。 catch子句按其在try块后出现的顺序被检查。匹配的catch子句将捕获并处理异常（或继续抛掷异常）。 如果匹配的处理器未找到，则运行函数terminate将被自动调用，其缺省功能是调用abort终止程序。,例12-1处理除零异常,#incl

33、ude int Div(int x,int y); void main() try cout5/2=Div(5,2)endl; cout8/0=Div(8,0)endl; cout7/1=Div(7,1)endl; catch(int) coutexcept of deviding zero.n; coutthat is ok.n; int Div(int x,int y) if(y=0) throw y; return x/y; ,程序运行结果如下： 5/2=2 except of deviding zero. that is ok.,异常接口声明,可以在函数的声明中列出这个函数可能抛掷的所

34、有异常类型。 例如：void fun() throw(A，B，C，D); 若无异常接口声明，则此函数可以抛掷任何类型的异常。 不抛掷任何类型异常的函数声明如下： void fun() throw();,异常处理中的构造与析构,找到一个匹配的catch异常处理后： 初始化参数。 将从对应的try块开始到异常被抛掷处之间构造（且尚未析构）的，所有自动对象进行析构。 从最后一个catch处理之后开始恢复执行。,例12-2 异常处理时的析构,#include void MyFunc( void ); class Expt public: Expt(); Expt(); const char *Show

35、Reason() const return Expt类异常。; ;,class Demo public: Demo(); Demo(); ; Demo:Demo() cout构造 Demo.endl; Demo:Demo() cout析构 Demo.endl; ,void MyFunc() Demo D; cout在MyFunc()中抛掷Expt类异常。endl; throw Expt(); int main() cout在main函数中。endl; try cout在try块中，调用MyFunc()。 endl; MyFunc(); ,catch( Expt E ) cout在catch异常

36、处理程序中。endl; cout捕获到Expt类型异常：; coutE.ShowReason()endl; catch( char *str ) cout捕获到其它的异常：strendl; cout回到main函数。从这里恢复执行。 endl; return 0; ,程序运行时输出: 在main函数中。 在try块中，调用MyFunc()。 构造 Demo. 在MyFunc()中抛掷Expt类异常。 析构 Demo. 在catch异常处理程序中。 捕获到Expt类型异常：Expt类异常。 回到main函数。从这里恢复执行。,-73-,处理异常,#include int main() try s

37、td:coutdivide(5,2)std:endl; std:coutdivide(8,0)std:endl; std:coutdivide(7,1)std:endl; catch( double ) std:coutexcept of deviding zero.n; std:coutthat is ok.n; return 0; ,divide函数中抛出double类型异常， 直接跳转到catch处理块。,-74-,定义异常类,class XBoundary public: XBoundary() XBoundary() private: ;,在代码中遇到异常状态时，可以抛出自定义的 异

38、常类对象，通常会在异常类中保存异常信息， 示例中做了简化。,class Array public: Array( int newSize ); Array( int *p, int size ); Array(); Array( const Array,-76-,抛出异常类对象,int ,在代码中遇到异常状态（非法的索引下标）， 构造并抛出异常对象（XBoundary对象）。 抛出的异常将匹配到类型为XBoundary的 catch块。,-77-,处理异常,#include int main() Array intArray(20); try for(int i=0; i100; +i) in

39、tArrayi=i; std:cout“OKn”; catch( XBoundary) std:cout“Unable to process your input.n; std:cout“Done.n; return 0; ,下标为20时，超过可访问范围，抛出 XBoundary对象，匹配到catch处理 块，catch块执行完成继续执行后面 的代码。,异常传参及多态处理,抛出的异常可以是类的对象，为了有效处理异常，常见的做法是定义异常类的层次结构。 在catch块中，可以定义异常对象形参，形参匹配并接收所抛出的异常对象（类似函数传参）。通过传递引用，配合定义的异常类体系，可以多态地处理异常。

40、,-78-,-79-,1、识别Array类可能的异常,class Array public: Array(int newSize); Array(int *p,int size); Array(); Array(const Array,数组大小设置太大 数组大小设置太小 数组大小为0 数组大小为负数 索引下标非法 ,-80-,2、定义异常类体系,class XBoundary ; class XSize public: XSize(int newSize):size(newSize) XSize() virtual int getSize() return size; virtual void

41、 printError() std:cout Size error. Received: size n; protected: int size; ;,XBoundary处理下标越界的异常。 XSize是分配数组大小非法异常的基类，定义 getSize和printError虚函数。,-81-,定义异常类体系,class XTooBig : public XSize public: XTooBig(int size) : XSize(size) virtual void printError() std:cout Too big! Received: ; std:cout XSize:size

42、n; ;,XTooBig是XSize的子类，重写了基类的虚函数printError， 以显式不同的错误信息。 XSize:size访问基类的数据成员size。,-82-,定义异常类体系,class XTooSmall : public XSize public: XTooSmall(int size):XSize(size) virtual void printError() std:cout Too small! Received: ; std:cout XSize:size n; ;,XTooSmall是XSize的子类，重写基类的虚函数printError， 以显式不同的错误信息。,-8

43、3-,定义异常类体系,class XZero : public XTooSmall public: XZero(int newSize) : XTooSmall(newSize) virtual void printError() std:cout Zero Received: ; std:cout XSize:size n; ;,XZero是XTooSmall的子类，重写基类的虚函数printError， 以显式不同的错误信息。 构造XZero类对象时，先调用XSize类的构造函数，再调用 XTooSmall构造函数，最后调用XZero的构造函数。,-84-,定义异常类体系,class XNegative : public XSize public: XNegative(int size):XSize(size) virtual void printError() std:cout Negative! Received: ; std:cout XSize:size n; ;,XNegative是XSize的子类，重写基类的虚函数printError， 以显式不同的错误信息。,-85-,3、为数组类抛出异常,void Array:copyData(int *p, int newSize) size = newSize