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.

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

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.

Стандартная библиотека языка С++ содержит определение типов

для потоков ввода и — для потоков вывода. В наших программах мы использовали стандартный поток с именем и стандартный поток с именем , поэтому эта часть стандартной библиотеки (которую часто называют библиотекой ) нам уже в принципе знакома.

Поток 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

можно изобразить следующим образом.

Буфер — это структура данных, которую поток

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

можно изобразить следующим образом.

Как и поток

, для взаимодействия с операционной системой поток использует буфер. При этом буферизация может оказаться визуально заметной для пользователя. Когда вы используете поток , 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>).