ль созданиЯ ‘++ была в том, чтобы пользователь мог определить новые
типы данных, работа с которыми была бы столь же удобна и эффективна как
и со встроенными типами. ’аким образом, кажетсЯ разумным потребовать,
чтобы средства ввода-вывода длЯ ‘++ программировались с использованием
возможностей ‘++, доступных каждому. Џредставленные здесь потоковые
средства ввода-вывода поЯвились в результате попытки удовлетворить
этим требованиЯм.
ЋсновнаЯ задача потоковых средств ввода-вывода - это процесс
преобразованиЯ объектов определенного типа в последовательность символов
и наоборот. ‘уществуют и другие схемы ввода-вывода, но указаннаЯ ЯвлЯетсЯ
основной, и если считать символ просто набором битов, игнорируЯ его
естественную свЯзь с алфавитом, то многие схемы двоичного ввода-вывода
можно свести к ней. Џоэтому программистскаЯ суть задачи сводитсЯ к
описанию свЯзи между объектом определенного типа и бестиповой (что
существенно) строкой.
  Џоследующие разделы описывают основные части потоковой библиотеки ‘++:

10.2 ‚ывод: ’о, что длЯ прикладной программы представлЯетсЯ выводом,
     на самом деле ЯвлЯетсЯ преобразованием таких  объектов  как  int,
     char *, complex или Employee_record в последовательность символов.
     ЋписываютсЯ средства длЯ записи объектов встроенных и
     пользовательских типов данных.
10.3 ‚вод: Ћписаны функции длЯ ввода символов, строк и значений
     встроенных и пользовательских типов данных.
10.4 ”орматирование: —асто существуют определенные требованиЯ к виду
     вывода, например, int должно печататьсЯ десЯтичными цифрами,
     указатели в шестнадцатеричной записи, а вещественные числа должны
     быть  с Явно заданной точностью фиксированного размера.
     ЋбсуждаютсЯ функции форматированиЯ и определенные программистские
     приемы их созданиЯ, в частности, манипулЯторы.
10.5 ”айлы и потоки:  ЉаждаЯ программа на ‘++  может  использовать  по
     умолчанию три потока - стандартный вывод (cout), стандартный ввод
     (cin) и стандартный поток ошибок (cerr). —тобы работать с какими-
     либо устройствами или файлами надо создать потоки и привЯзать их
     к этим устройствам или файлам. ЋписываетсЯ механизм открытиЯ и
     закрытиЯ файлов и свЯзываниЯ файлов с потоками.
10.6 ‚вод-вывод длЯ ‘: обсуждаетсЯ функциЯ printf из файла &lt;stdio.h>
     длЯ ‘ а также свЯзь между библиотекой длЯ ‘ и &lt;iostream.h> длЯ
     ‘++.
“кажем, что существует много независимых реализаций
потоковой библиотеки ввода-вывода и набор средств, описанных здесь, будет
только подмножеством средств, имеющихсЯ в вашей библиотеке. ѓоворЯт,
что внутри любой большой программы есть маленькаЯ  программа,  котораЯ
стремитсЯ вырватьсЯ наружу. ‚ этой главе предпринЯта попытка описать
как раз маленькую потоковую библиотеку ввода-вывода, котораЯ позволит
оценить основные концепции потокового ввода-вывода и познакомить
с наиболее полезными средствами. €спользуЯ только средства,
описанные здесь,  можно написать много программ; если возникнет
необходимость в более сложных средствах, обратитесь за деталЯми к вашему
руководству по ‘++. ‡аголовочный файл &lt;iostream.h> определЯет интерфейс
потоковой библиотеки. ‚ ранних версиЯх потоковой библиотеки использовалсЯ
файл &lt;stream.h>. …сли существуют оба файла, &lt;iostream.h> определЯет полный
набор средств, а &lt;stream.h> определЯет подмножество, которое
совместимо с ранними, менее богатыми потоковыми библиотеками.
   …стественно, длЯ пользованиЯ потоковой библиотекой вовсе не нужно
знание техники ее реализации, тем более, что техника может быть
различной длЯ различных реализаций. Ћднако, реализациЯ ввода-вывода
ЯвлЯетсЯ задачей, диктующей определенные условиЯ, значит приемы, найденные
в процессе ее решениЯ, можно применить и длЯ других задач, а само это
решение достойно изучениЯ.

        10.2 ‚›‚Ћ„

‘трогую типовую  и  единообразную  работу как со встроенными,  так и с
пользовательскими типами  можно  обеспечить,  если использовать
единственное перегруженное имЯ функции длЯ различных операций вывода.
Ќапример:

     put(cerr,"x = "); // cerr - выходной поток ошибок
     put(cerr,x);
     put(cerr,'\n');

’ип аргумента определЯет какую функцию надо вызывать в каждом случае.
’акой подход применЯетсЯ в нескольких Языках, однако, это слишком
длиннаЯ запись. ‡а счет перегрузки операции &lt;&lt; , чтобы она означала
"вывести" ("put to"), можно получить более простую запись и разрешить
программисту выводить в одном операторе последовательность объектов,
например так:

    cerr &lt;&lt; "x = " &lt;&lt; x &lt;&lt; '\n';

‡десь cerr обозначает стандартный поток ошибок. ’ак, если х типа int
со значением 123, то приведенный оператор выдаст

    x = 123

и еще символ конца строки в стандартный поток ошибок. Ђналогично, если х
имеет пользовательский тип complex со значением (1,2.4), то указанный
оператор выдаст

    x = (1,2.4)

в поток cerr. ’акой подход легко использовать пока x такого типа, длЯ
которого определена операциЯ &lt;&lt;,  а пользователь может просто
доопределить &lt;&lt; длЯ новых типов.
    Њы использовали операцию вывода, чтобы избежать многословности,
неизбежной, если применЯть функцию вывода. Ќо почему именно символ &lt;&lt; ?
Ќевозможно изобрести новую лексему (см.  7.2).  Љандидатом длЯ ввода и
вывода была операциЯ присваиваниЯ, но большинство людей предпочитает,
чтобы операции ввода и вывода были различны. Ѓолее того, порЯдок
выполнениЯ операции = неподходЯщий, так cout=a=b означает cout=(a=b).
Џробовали использовать операции &lt; 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.
    Ћперации &lt;&lt; и >> похоже не создают таких проблем. Ћни асиметричны,
что позволЯет приписывать им смысл "в" и "из". Ћни не относЯтсЯ к числу
наиболее часто используемых операций над встроенными типами, а
приоритет &lt;&lt; достаточно низкий, чтобы писать арифметические выражениЯ в
качестве операнда без скобок:

     cout &lt;&lt; "a*b+c=" &lt;&lt; a*b+c &lt;&lt; '\n';

‘кобки нужны, если выражение содержит операции с более низким
приоритетом:

     cout &lt;&lt; "a^b|c=" &lt;&lt; (a^b|c) &lt;&lt; '\n';

Ћперацию сдвига влево можно использовать в операции вывода, но, конечно,
она должна быть в скобках:

     cout &lt;&lt; "a&lt;&lt;b=" &lt;&lt; (a&lt;&lt;b) &lt;&lt; '\n';

        10.2.1 ‚ывод встроенных типов

 „лЯ управлениЯ выводом встроенных типов определЯетсЯ класс ostream
с операцией &lt;&lt; (вывести):

     class ostream : public virtual ios {
         // ...
     public:
        ostream&amp; operator&lt;&lt;(const char*);    //строки
        ostream&amp; operator&lt;&lt;(char);
        ostream&amp; operator&lt;&lt;(short i)
          { return *this &lt;&lt; int(i); }
        ostream&amp; operator&lt;&lt;(int);
        ostream&amp; operator&lt;&lt;(long);
        ostream&amp; operator&lt;&lt;(double);
        ostream&amp; operator&lt;&lt;(const void*);    // указатели
         // ...
  };

…стественно, в классе ostream должен быть набор функций operator&lt;&lt;()
длЯ работы с беззнаковыми типами.
     ”ункциЯ operator&lt;&lt; возвращает ссылку на класс ostream, из
которого она вызывалась, чтобы к ней можно было применить еще раз
operator&lt;&lt;. ’ак, если х типа int, то

       cerr &lt;&lt; "x = " &lt;&lt; x;

понимаетсЯ как

       (cerr.operator&lt;&lt;("x = ")).operator&lt;&lt;(x);

‚ частности, это означает, что если несколько объектов выводЯтсЯ с
помощью одного оператора вывода, то они будут выдаватьсЯ в
естественном порЯдке: слева - направо.
      ”ункциЯ ostream::operator&lt;&lt;(int) выводит целые значениЯ, а
функциЯ ostream::operator&lt;&lt;(char) - символьные. Џоэтому функциЯ

      void val(char c)
      {
        cout &lt;&lt; "int('"&lt;&lt; c &lt;&lt;"') = " &lt;&lt; int(c) &lt;&lt; '\n';
      }

печатает целые значениЯ символов и с помощью программы

      main()
      {
        val('A');
        val('Z');
      }

будет напечатано

      int('A') = 65
      int('Z') = 90

‡десь предполагаетсЯ кодировка символов ASCII, на вашей машине может быть
иной результат. Ћбратите внимание, что символьнаЯ константа имеет
тип char, поэтому cout&lt;&lt;'Z' напечатает букву Z, а вовсе не целое 90.
      ”ункциЯ ostream::operator&lt;&lt;(const void*) напечатает значение
указателЯ в такой записи, котораЯ более подходит длЯ используемой
системы адресации.
Џрограмма

      main()
      {
       int i = 0;
       int* p = new int(1);
       cout &lt;&lt; "local " &lt;&lt; &amp;i
            &lt;&lt; ", free store " &lt;&lt; p &lt;&lt; '\n';
      }

 выдаст на машине, используемой автором,

      local 0x7fffead0, free store 0x500c

„лЯ других систем адресации могут быть иные соглашениЯ об изображении
значений указателей.
    Ћбсуждение базового класса ios отложим до 10.4.1.

        10.2.2 ‚ывод пользовательских типов

ђассмотрим пользовательский тип данных:

     class complex {
        double re, im;
     public:
        complex(double r = 0, double i = 0) { re=r; im=i; }

        friend double real(complex&amp; a) { return a.re; }
        friend double imag(complex&amp; a) { return a.im; }

        friend complex operator+(complex, complex);
        friend complex operator-(complex, complex);
        friend complex operator*(complex, complex);
        friend complex operator/(complex, complex);
        //...
     };

„лЯ нового типа complex операцию &lt;&lt; можно определить так:

    ostream&amp; operator&lt;&lt;(ostream&amp;s, complex z)
    {
     return s &lt;&lt; '(' real(z) &lt;&lt; ',' &lt;&lt; imag(z) &lt;&lt; ')';
    };

и использовать  как operator&lt;&lt; длЯ встроенных типов. Ќапример,

    main()
    {
        complex x(1,2);
        cout &lt;&lt; "x = " &lt;&lt; x &lt;&lt; '\n';
    }

выдаст

    x = (1,2)

„лЯ определениЯ операции вывода над пользовательскими типами данных
не нужно модифицировать описание класса ostream, не требуетсЯ и доступ
к структурам данных, скрытым в описании класса. Џоследнее 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. ќто важно и по той причине, что дает защиту от случайной порчи
этих структур данных. Љроме того имеетсЯ возможность изменить
реализацию ostream, не затрагиваЯ пользовательских программ.

        10.3 ‚‚Ћ„

‚вод во многом сходен с выводом. …сть класс istream, который реализует
операцию ввода >> ("ввести из" - "input from") длЯ небольшого набора
стандартных типов. „лЯ пользовательских типов можно определить функцию
operator>>.

        10.3.1 ‚вод встроенных типов

Љласс istream определЯетсЯ следующим образом:

     class istream : public virtual ios {
         //...
     public:
         istream&amp; operator>>(char*);     // строка
         istream&amp; operator>>(char&amp;);     // символ
         istream&amp; operator>>(short&amp;);
         istream&amp; operator>>(int&amp;);
         istream&amp; operator>>(long&amp;);
         istream&amp; operator>>(float&amp;);
         istream&amp; operator>>(double&amp;);
         //...
     };

”ункции ввода operator>> определЯютсЯ так:

     istream&amp; istream::operator>>(T&amp; tvar)
     {
      // пропускаем обобщенные пробелы
      // каким-то образом читаем T в`tvar'
       return *this;
      }

’еперь можно ввести в VECTOR последовательность целых, разделЯемых
пробелами, с помощью функции:

    int readints(Vector&lt;int>&amp; v)
    // возвращаем число прочитанных целых
    {
       for (int i = 0; i&lt;v.size(); i++)
       {
          if (cin>>v[i]) continue;
          return i;
       }
       // слишком много целых длЯ размера Vector
       // нужна соответствующаЯ обработка ошибки
     }

ЏоЯвление значениЯ с типом, отличным от int, приводит к прекращению
операции ввода, и цикл ввода завершаетсЯ. ’ак, если мы вводим

     1 2 3 4 5. 6 7 8.

то функциЯ readints() прочитает пЯть целых чисел

     1 2 3 4 5

‘имвол точка останетсЯ первым символом, подлежащим вводу. Џод пробелом,
как определено в стандарте ‘, понимаетсЯ обобщенный пробел, т.е.
пробел, табулЯциЯ, конец строки, перевод строки или возврат каретки.
Џроверка на обобщенный пробел возможна с помощью функции isspace()
из файла &lt;ctype.h>.
     ‚ качестве альтернативы можно использовать функции get():

    class istream : public virtual ios {
        //...
        istream&amp; get(char&amp; c);                     // символ
        istream&amp; get(char* p, int n, char ='n');   // строка
    };

‚ них обобщенный пробел рассматриваетсЯ как любой другой символ и
они предназначены длЯ таких операций ввода, когда не делаетсЯ никаких
предположений о вводимых символах.
     ”ункциЯ istream::get(char&amp;) вводит один символ в свой параметр.
Џоэтому программу посимвольного копированиЯ можно написать так:

     main()
     {
       char c;
       while (cin.get(c)) cout &lt;&lt; c;
     }

’акаЯ 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);
     }

”ункциЯ с тремЯ параметрами istream::get() вводит в символьный вектор
не менее n символов, начинаЯ с адреса p. Џри 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. ’ретий
параметр определЯет символ, завершающий ввод. ’ипичное 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
         //...
      }

ЋперациЯ cin>>buf подозрительна, поскольку строка из более чем 99
символов переполнит буфер. …сли обнаружен завершающий символ, то он
остаетсЯ в потоке первым символом подлежащим вводу. ќто позволЯет
проверЯть буфер на переполнение:

     void f()
     {
        char buf[100];

        cin.get(buf,100,'\n');   // надежно

        char c;
        if (cin.get(c) &amp;&amp; c!='\n') {
           // входнаЯ строка больше, чем ожидалось
        }
        //...
      }

…стественно, существует версиЯ get() длЯ типа unsigned char.
     ‚ стандартном заголовочном файле &lt;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 формата
     int iscntrl(char)   // управлЯющий символ в диапазоне
                         // (ASCII 0..31 и 127)
     int ispunct(char)   // знак пунктуации, отличен от приведенных выше
     int isalnum(char)   // isalpha() | isdigit()
     int isprint(char)   // видимый: ascii ' '..'~'
     int isgraph(char)     // isalpha() | isdigit() | ispunct()
     int isascii(char c)   { return 0&lt;=c &amp;&amp; c&lt;=127; }

‚се они, кроме isascii(), работают с помощью простого просмотра,
используЯ символ как индекс в таблице атрибутов символов. Џоэтому
вместо выражениЯ типа

     (('a'&lt;=c &amp;&amp; c&lt;='z') || ('A'&lt;=c &amp;&amp; c&lt;='Z')) // буква

которое 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.
‚ качестве примера приведем функцию eatwhite(), котораЯ читает из
потока обобщенные пробелы:

     istream&amp; eatwhite(istream&amp; is)
     {
          char c;
          while (is.get(c)) {
              if (isspace(c)==0) {
                  is.putback(c);
                  break;
              }
           }
           return is;
      }

‚ ней используетсЯ функциЯ putback(), котораЯ возвращает символ в
поток, и он становитсЯ первым подлежащим чтению.

        10.3.2 ‘остоЯниЯ потока

‘ каждым потоком (istream или ostream) свЯзано определенное состоЯние.
Ќестандартные ситуации и ошибки обрабатываютсЯ с помощью проверки и
установки состоЯниЯ подходЯщим образом.
“знать 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
         //...
     };

ЏоследнЯЯ операциЯ ввода считаетсЯ успешной, если состоЯние задаетсЯ
good() или eof(). …сли состоЯние задаетсЯ good(), то последующаЯ
операциЯ ввода может быть успешной, в противном случае она будет
неудачной. Џрименение операции ввода к потоку в состоЯнии, задаваемом
не good(), считаетсЯ пустой операцией. …сли произошла неудача при
попытке чтениЯ в переменную v, то значение v не изменилось (оно не
изменитсЯ, если v имеет тип, управлЯемый функциЯми члена из istream
или ostream). ђазличие между состоЯниЯми, задаваемыми как fail() или
как bad() уловить трудно, и оно имеет смысл только длЯ разработчиков
операций ввода. …сли состоЯние есть fail(), то считаетсЯ, что поток
не поврежден, и никакие символы не пропали; о состоЯнии bad() ничего
сказать нельзЯ.
    ‡начениЯ, обозначающие эти состоЯниЯ, определены в классе ios:

     class ios {
         //...
     public:
         enum io_state {
             goodbit=0,
             eofbit=1,
             filebit=2,
             badbit=4,
         };
         //...
     };

€стинные значениЯ состоЯний зависЯт от реализации, и указанные значениЯ
приведены только, чтобы избежать синтаксически неправильных конструкций.
 ЏроверЯть 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;
       }

‚ более ранних реализациЯх длЯ значений состоЯний использовались
глобальные имена. ќто приводило к нежелательному засорению
пространства именованиЯ, поэтому новые имена доступны только в пределах
класса ios. …сли 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 ;

ђазработчики библиотек должны заботитсЯ о том, чтобы не добавлЯть
новых имен к глобальному пространству именованиЯ. …сли элементы
перечислениЯ входЯт в общий интерфейс библиотеки, они всегда
должны использоватьсЯ в классе с префиксами, например, как ios::goodbit
и ios::io_state.
      „лЯ переменной любого типа, длЯ которого определены операции
&lt;&lt; и >>, цикл копированиЯ записываетсЯ следующим образом:

      while (cin>>z) cout &lt;&lt; z &lt;&lt; '\n';

…сли поток поЯвлЯетсЯ в условии, то проверЯетсЯ состоЯние потока, и
условие выполнЯетсЯ (т.е. результат его не 0) только длЯ состоЯниЯ
good(). Љак раз в приведенном выше цикле проверЯетсЯ состоЯние потока
istream, что ЯвлЯетсЯ результатом операции cin>>z. —тобы узнать,
почему произошла неудача в цикле или условии, надо проверить состоЯние.
’акаЯ проверка длЯ потока реализуетсЯ с помощью операции
приведениЯ (7.3.2).
   ’ак, 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). …сли z имеет тип complex, то в этом цикле
с помощью операций, определенных в 10.2.2 и 10.2.3, будут копироватьсЯ
комплексные числа. аблонную функцию копированиЯ длЯ потоков со
значениЯми произвольного типа можно написать следующим образом:

     complex z;
     iocopy(z,cin,cout);    // копирование complex

     double d;
     iocopy(d,cin,cout);    // копирование double
     char c;
     iocopy(c,cin,cout);    // копирование char

    Џоскольку надоедает проверЯть на корректность каждую операцию ввода-
вывода, то распространенным источником ошибок ЯвлЯютсЯ именно те места в
программе, где такой контроль существенен. Ћбычно операции вывода не
проверЯют, но иногда они могут завершитьсЯ неудачно. Џотоковый ввод-
вывод разрабатывалсЯ из того принципа, чтобы сделать исключительные
ситуации легкодоступными, и тем самым упростить обработку ошибок
в процессе ввода-вывода.

        10.3.3 ‚вод пользовательских типов

Ћперацию 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&amp; operator>>(istream&amp; s, complex&amp; 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;
     }

ЌесмотрЯ на сжатость кода, обрабатывающего ошибки, на самом деле
учитываетсЯ большаЯ часть ошибок. €нициализациЯ локальной переменной
с нужна длЯ того, чтобы в нее не попало случайное значение, например
'(', в случае неудачной операции. ЏоследнЯЯ проверка состоЯниЯ потока
гарантирует, что параметр a получит значение только при успешном вводе.
     ЋперациЯ, 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() ЯвлЯетсЯ
ios::goodbit.

        10.4 ”орматирование

‚се примеры из 10.2 содержали неформатированный вывод, который ЯвлЯлсЯ
преобразованием объекта в последовательность символов, задаваемую
стандартными правилами, длина которой также определЯетсЯ этими
правилами. —асто программистам требуютсЯ более развитые возможности.
’ак, возникает потребность контролировать размер памЯти, необходимой
длЯ операции вывода, и формат, используемый длЯ выдачи чисел.
’очно так же допустимо управление некоторыми аспектами ввода.

        10.4.1 Љласс ios

Ѓольшинство средств управлениЯ вводом-выводом сосредоточены в классе
ios, который ЯвлЯетсЯ базовым длЯ ostream и istream. Џо сути здесь
находитсЯ управление свЯзью между istream или ostream и буфером,
используемым длЯ операций ввода-вывода. €менно  класс ios контролирует:
как символы попадают в буфер и как они выбираютсЯ оттуда. ’ак, в классе
ios 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 width
     int width() const;

     char fill(char);                // установить символ заполнениЯ
     char fill() const;              // вернуть символ заполнениЯ

     long flags(long f);
     long flags() const;

     long setf(long setbits, long field);
     long setf(long);
     long unsetf(long);

     int precision(int);             // установить точность длЯ float
     int precision() const;
     int rdstate(); const;          // состоЯниЯ потоков, см. $$10.3.2
     int eof() const;
     int fail() const;
     int bad() const;
     int good() const;
     void clear(int i=0);

     //...
  };

‚ 10.3.2 описаны функции, работающие с состоЯнием потока, остальные
приведены ниже.

        10.4.1.1 ‘вЯзывание потоков

”ункциЯ tie() может установить и разорвать свЯзь между ostream и
istream. ђассмотрим пример:

       main()
       {
         String s;
         cout &lt;&lt; "Password: ";
         cin >> s;
         // ...
        }

Љак можно гарантировать, что приглашение Password: поЯвитсЯ на
экране прежде, чем выполнитьсЯ операциЯ чтениЯ? ‚ывод в cout и ввод
из cin буферизуютсЯ, причем независимо, поэтому Password: поЯвитсЯ
только по завершении программы, когда закроетсЯ буфер вывода.
     ђешение состоит в том, чтобы свЯзать cout и cin с помощью
операции cin.tie(cout).
…сли ostream свЯзан с потоком istream, то буфер вывода выдаетсЯ при
каждой операции ввода над istream. ’огда операции

        cout &lt;&lt; "Password: ";
        cin >> s;

эквивалентны

        cout &lt;&lt; "Password: ";
        cout.flush();
        cin >> s;

Ћбращение is.tie(0) разрывает свЯзь между потоком is и потоком, с
которым он был свЯзан, если такой был. Џодобно другим потоковым
функциЯм, устанавливающим определенное значение, tie(s) возвращает
предыдущее значение, т.е. значение свЯзанного потока перед обращением
или 0. ‚ызов без параметра tie() возвращает текущее значение.

        10.4.1.2 ЏолЯ вывода

”ункциЯ width() устанавливает минимальное число символов, использующеесЯ
в последующей операции вывода числа или строки. ’ак в результате
следующих операций

        cout.width(4);
        cout &lt;&lt; '(' &lt;&lt; 12 &lt;&lt; ')';

получим число 12 в поле размером 4 символа, т.е.

        (  12)

‡аполнение полЯ заданными символами или выравнивание можно установить с
помощью функции fill(), например:

        cout.width(4);
        cout.fill('#');
        cout &lt;&lt; '(' &lt;&lt; "ab" &lt;&lt; ')';

напечатает

        (##ab)

Џо умолчанию поле заполнЯетсЯ пробелами, а размер полЯ по умолчанию
есть 0, что означает "столько символов, сколько нужно". ‚ернуть размеру
полЯ стандартное значение можно с помощью вызова

        cout.width(0); // ``столько символов, сколько надо''

”ункциЯ width() задает минимальное число символов. …сли поЯвитсЯ больше
символов, они будут напечатаны все, поэтому

        cout.width(4);
        cout &lt;&lt; '(' &lt;&lt; "121212" &lt;&lt; ")\n";

напечатает

        (121212)

Џричина, по которой разрешено переполнение полЯ, а не усечение вывода,
в том, чтобы избежать зависаниЯ при выводе. ‹учше получить правильную
выдачу, выглЯдЯщую некрасиво, чем красивую выдачу, ЯвлЯющуюсЯ
неправильной.
      ‚ызов width() влиЯет только на одну следующую за ним операцию
вывода, поэтому

        cout.width(4);
        cout.fill('#');
        cout &lt;&lt; '(' &lt;&lt; 12 &lt;&lt; "),(" &lt;&lt; '(' &lt;&lt;12 &lt;&lt; ")\n";

напечатает

        (##12),(12)

а не

        (##12),(##12)

как можно было бы ожидать. Ћднако, заметьте, что если бы влиЯние
распространЯлось на все операции вывода чисел и строк, получилсЯ бы
еще более неожиданный результат:

        (##12#),(##12#
        )

‘ помощью стандартного манипулЯтора, показанного в 10.4.2.1, можно более
элегантно задавать размера полЯ вывода.

        10.4.1.3 ‘остоЯние формата

‚ классе ios содержитсЯ состоЯние формата, которое управлЯетсЯ
функциЯми flags() и setf(). Џо 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
         };
         //...
     };

‘мысл флагов будет разъЯснен в последующих разделах. Љонкретные
значениЯ флагов зависЯт от реализации и даны здесь только длЯ того,
чтобы избежать синтаксически неверных конструкций.
       Ћпределение интерфейса как набора флагов и операций длЯ их
установки или отмены - это оцененный временем, хотЯ и несколько
устаревший прием. Ћсновное 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;

’акое 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);
         // ...
       }

Њножество 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
        }

”ункциЯ flags() возвращает старое значение множества флагов. ќто
позволЯет переустановить значениЯ всех флагов, как показано выше,
а также задать значение отдельному флагу. Ќапример 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. ЏолучаетсЯ
старое значение множества флагов, к которому добавлЯетсЯ с помощью
операции | флаг showpos. ”ункциЯ setf() делает то же самое,
поэтому эквивалентнаЯ запись имеет вид

       myostream.setf(ios::showpos);

Џосле установки флаг сохранЯет значение до Явной отмены.
       ‚се-таки управление вводом-выводом с помощью установки и отмены
флагов - грубое и ведущее к ошибкам решение. …сли 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). Џриемы работы
с состоЯнием потока лучше изучить на примере реализации класса, чем
изучаЯ интерфейс класса.

        10.4.1.4 ‚ывод целых

Џрием заданиЯ нового значениЯ множества флагов с помощью операции | и
функций flags() и setf() работает только тогда, когда один бит определЯет
значение флага. Ќе такаЯ ситуациЯ при задании системы счислениЯ целых
или вида выдачи вещественных. ‡десь значение, определЯющее вид выдачи,
нельзЯ задать одним битом или комбинацией отдельных битов.
     ђешение, принЯтое в &lt;iostream.h>, сводитсЯ к использованию
версии функции setf(), работающей со вторым "псевдопараметром", который
показывает какой именно флаг мы хотим добавить к новому значению.

Џоэтому обращениЯ

       cout.setf(ios::oct,ios::basefield); // восьмеричное
       cout.setf(ios::dec,ios::basefield); // десЯтичное
       cout.setf(ios::hex,ios::basefield); // шестнадцатеричное

установЯт систему счислениЯ, не затрагиваЯ других компонентов состоЯниЯ
потока. …сли система счислениЯ установлена, она используетсЯ до Явной
переустановки, поэтому

     cout &lt;&lt; 1234 &lt;&lt; ' ';  // десЯтичное по умолчанию
     cout &lt;&lt; 1234 &lt;&lt; ' ';

     cout.setf(ios::oct,ios::basefield);  // восьмеричное
     cout &lt;&lt; 1234 &lt;&lt; ' ';
     cout &lt;&lt; 1234 &lt;&lt; ' ';

     cout.setf(ios::hex,ios::basefield);  // шестнадцатеричное
     cout &lt;&lt; 1234 &lt;&lt; ' ';
     cout &lt;&lt; 1234 &lt;&lt; ' ';

напечатает

       1234 1234 2322 2322 4d2 4d2

…сли поЯвитсЯ необходимость указывать систему счислениЯ длЯ каждого
выдаваемого числа, следует установить флаг showbase. Џоэтому, добавив
перед приведенными выше обращениЯми

       cout.setf(ios::showbase);

мы получим

       1234 1234 02322 02322 0x4d2 0x4d2

‘тандартные манипулЯторы, приведенные в $$10.4.2.1, предлагают более
элегантный способ определениЯ системы счислениЯ при выводе целых.

        10.4.1.5 ‚ыравнивание полей

‘ помощью обращений к setf() можно управлЯть расположением символов
в пределах полЯ:

       cout.setf(ios::left,ios::adjustfield);     // влево
       cout.setf(ios::right,ios::adjustfield);    // вправо
       cout.setf(ios::internal,ios::adjustfield); // внутреннее

Ѓудет установлено выравнивание в поле вывода, определЯемом функцией
ios::width(), причем не затрагиваЯ других компонентов состоЯниЯ потока.
       ‚ыравнивание можно задать следующим образом:

     cout.width(4);
     cout &lt;&lt; '(' &lt;&lt; -12 &lt;&lt; ")\n";

     cout.width(4);
     cout.setf(ios::left,ios::adjustfield);
     cout &lt;&lt; '(' &lt;&lt; -12 &lt;&lt; ")\n";

     cout.width(4);
     cout.setf(ios::internal,ios::adjustfield);
     cout &lt;&lt; '(' &lt;&lt; -12 &lt;&lt; "\n";

что выдаст

       ( -12)
       (-12 )
       (- 12)

…сли установлен флаг выравниваниЯ internal (внутренний), то символы
добавлЯютсЯ между знаком и величиной. Љак видно, стандартным ЯвлЯетсЯ
выравнивание вправо.

        10.4.1.6 ‚ывод плавающих чисел.

‚ывод вещественных величин также управлЯетсЯ с помощью функций,
работающих с состоЯнием потока. ‚ частности, обращениЯ:

       cout.setf(ios::scientific,ios::floatfield);
       cout.setf(ios::fixed,ios::floatfield);
       cout.setf(0,ios::floatfield);   // вернутьсЯ к стандартному

установЯт вид печати вещественных чисел без изменениЯ других
компонентов состоЯниЯ потока.
Ќапример:

     cout &lt;&lt; 1234.56789 &lt;&lt; '\n';

     cout.setf(ios::scientific,ios::floatfield);
     cout &lt;&lt; 1234.56789 &lt;&lt; '\n';

     cout.setf(ios::fixed,ios::floatfield);
     cout &lt;&lt; 1234.56789 &lt;&lt; '\n';

напечатает

       1234.57
       1.234568e+03
       1234.567890

Џосле точки печатаетсЯ n цифр, как задаетсЯ в обращении

       cout.precision(n)

Џо умолчанию n равно 6. ‚ызов функции precision влиЯет на все операции
ввода-вывода с вещественными до следующего обращениЯ к precision,
поэтому

     cout.precision(8);
     cout &lt;&lt; 1234.56789 &lt;&lt; '\n';
     cout &lt;&lt; 1234.56789 &lt;&lt; '\n';

     cout.precision(4);
     cout &lt;&lt; 1234.56789 &lt;&lt; '\n';
     cout &lt;&lt; 1234.56789 &lt;&lt; '\n';

выдаст

      1234.5679
      1234.5679
      1235
      1235

‡аметьте, что происходит округление, а не отбрасывание дробной части.
      ‘тандартные манипулЯторы, введенные в $$10.4.2.1, предлагают
более элегантный способ заданиЯ формата вывода вещественных.

        10.4.2 ЊанипулЯторы

      Љ ним относЯтсЯ разнообразные операции, которые приходитсЯ
применЯть сразу перед или сразу после операции ввода-вывода. Ќапример:

      cout &lt;&lt; x;
      cout.flush();
      cout &lt;&lt; y;

      cin.eatwhite();
      cin >> x;

…сли писать отдельные операторы как выше, то логическаЯ свЯзь между
операторами неочевидна, а если утерЯна логическаЯ свЯзь, программу
труднее понЯть.
      €деЯ манипулЯторов позволЯет такие операции как flush() или
eatwhite() прЯмо вставлЯть в список операций ввода-вывода. ђассмотрим
операцию flush(). Њожно определить класс с операцией operator&lt;&lt;(), в
котором вызываетсЯ flush():

      class Flushtype { };

      ostream&amp; operator&lt;&lt;(ostream&amp; os, Flushtype)
      {
         return flush(os);
      }

определить объект такого типа

      Flushtype FLUSH;

и добитьсЯ выдачи буфера, включив FLUSH в список объектов, подлежащих
выводу:

      cout &lt;&lt; x &lt;&lt; FLUSH &lt;&lt; y &lt;&lt; FLUSH ;

’еперь установлена ЯвнаЯ свЯзь между операциЯми вывода и сбрасываниЯ
буфера. Ћднако, довольно быстро надоест определЯть класс и объект длЯ
каждой операции, которую мы хотим применить к поточной операции вывода.
Љ счастью, можно поступить лучше. ђассмотрим такую функцию:

        typedef ostream&amp; (*Omanip) (ostream&amp;);

        ostream&amp; operator&lt;&lt;(ostream&amp; os, Omanip f)
        {
          return f(os);
        }

‡десь операциЯ вывода использует параметры типа "указатель на функцию,
имеющую аргумент ostream&amp; и возвращающую ostream&amp;". Ћтметив, что flush()
есть функциЯ типа "функциЯ с аргументом ostream&amp; и возвращающаЯ
ostream&amp;", мы можем писать

        cout &lt;&lt; x &lt;&lt; flush &lt;&lt; y &lt;&lt; flush;

получив вызов функции flush(). Ќа самом деле в файле &lt;iostream.h>
функциЯ flush() описана как

        ostream&amp; flush(ostream&amp;);

а в классе есть операциЯ operator&lt;&lt;, котораЯ использует указатель на
функцию, как указано выше:

        class ostream : public virtual ios {
           // ...
        public:
          ostream&amp; operator&lt;&lt;(ostream&amp; ostream&amp; (*)(ostream&amp;));
          // ...
        };

‚ приведенной ниже строке буфер выталкиваетсЯ в поток cout дважды в
подходЯщее времЯ:

        cout &lt;&lt; x &lt;&lt; flush &lt;&lt; y &lt;&lt; flush;

Џохожие определениЯ существуют и длЯ класса istream:

        istream&amp; ws(istream&amp; is ) { return is.eatwhite(); }

        class istream : public virtual ios {
         // ...
        public:
          istream&amp; operator>>(istream&amp;, istream&amp; (*) (istream&amp;));
          // ...
        };

поэтому в строке

        cin >> ws >> x;

действительно обобщенные пробелы будут убраны до попытки чтениЯ в x.
Ћднако, поскольку по умолчанию длЯ операции >>  пробелы "съедаютсЯ" и
так, данное применение ws() избыточно.
        ЌаходЯт применение и манипулЯторы с параметрами. Ќапример,
может поЯвитьсЯ желание с помощью

        cout &lt;&lt; setprecision(4) &lt;&lt; angle;

напечатать значение вещественной переменной angle с точностью до
четырех знаков после точки.
        „лЯ этого нужно уметь вызывать функцию, котораЯ установит
значение переменной, управлЯющей в потоке точностью вещественных.
ќто достигаетсЯ, если определить setprecision(4) как объект, который
можно "выводить" с помощью operator&lt;&lt;():

     class Omanip_int {
         int i;
         ostream&amp; (*f) (ostream&amp;,int);
     public:
         Omanip_int(ostream&amp; (*ff) (ostream&amp;,int), int ii)
             : f(ff), i(ii) { }
         friend ostream&amp; operator&lt;&lt;(ostream&amp; os, Omanip&amp; m)
             { return m.f(os,m.i); }
      };

Љонструктор Omanip_int хранит свои аргументы в i и f, а с помощью
operator&lt;&lt; вызываетсЯ f() с параметром i. —асто объекты таких классов
называют объект-функциЯ. —тобы результат строки

         cout &lt;&lt; setprecision(4) &lt;&lt; angle

был таким, как мы хотели, необходимо чтобы обращение  setprecision(4)
создавало безымЯнный объект класса Omanip_int, содержащий значение 4
и указатель на функцию, котораЯ устанавливает в потоке ostream значение
переменной, задающей точность вещественных:

     ostream&amp; _set_precision(ostream&amp;,int);

     Omanip_int setprecision(int i)
     {
         return Omanip_int(&amp;_set_precision,i);
     }

“читываЯ сделанные определениЯ, operator&lt;&lt;() приведет к вызову
precision(i).
        “томительно определЯть классы наподобие Omanip_int длЯ всех
типов аргументов, поэтому  определим шаблон типа:

     template&lt;class T> class OMANIP {
         T i;
         ostream&amp; (*f) (ostream&amp;,T);
     public:
         OMANIP(ostream (*ff) (ostream&amp;,T), T ii)
             : f(ff), i(ii) { }

     friend ostream&amp; operator&lt;&lt;(ostream&amp; os, OMANIP&amp; m)
         { return m.f(os,m.i) }
     };

‘ помощью OMANIP пример с установкой точности можно сократить так:

     ostream&amp; precision(ostream&amp; os,int)
     {
         os.precision(i);
         return os;
     }

     OMANIP&lt;int> setprecision(int i)
     {
         return OMANIP&lt;int>(&amp;precision,i);
     }

‚ файле  &lt;iomanip.h>  можно найти шаблон типа OMANIP,  его двойник длЯ
istream - шаблон типа SMANIP, а SMANIP - двойник длЯ ioss.
Ќекоторые из стандартных манипулЯторов,  предлагаемых поточной
библиотекой, описаны ниже. Ћтметим,что программист может определить новые
необходимые ему манипулЯторы, не затрагиваЯ определений istream,
ostream, OMANIP или SMANIP.
       €дею манипулЯторов предложил Ђ. Љениг. …го вдохновили процедуры
разметки (layout ) системы ввода-вывода Ђлгола68. ’акаЯ техника имеет
много интересных приложений помимо ввода-вывода. ‘уть ее в