7 (Семинары и упражнения)

Семинар 7. Исключения. Пространства имен. Потоки ввода-вывода.Ввод-вывод файлов1. ИсключенияРассмотрим следующий пример функции meang, возвращающей среднее гармоническоедвух чиселdouble meang(double x, double y){return 2.*x*y/(x+y);}В большинстве случаев эта функция будет работать правильно. Однако, в отдельных«исключительных» случаях возникает ошибка – в данном случае деление на ноль при x=y.

Такого рода события получили название «исключение». В языке Си++ существуютспециальные средства обработки исключений. Эта обработка включает три этапа:генерация исключения (throw);использование блока try{} в том месте программы, где может произойтиисключение;собственно обработка исключения в блоке catch{}.Вот как это может быть реализовано:int main(){double x,y;cin >> x;cin >> y;double meang(double x, double y){if (x == -y) throw "деление на ноль";return 2.*x*y/(x+y);}try{x = meang(x,y);}catch (char *s){cout << s;exit (0);}cout << x;}В данном случае исключение генерируется в функции meang при наступлениисоответствующих условий. При этом оператор throw «вбрасывает» указатель на строку. Восновной функции в блок try помещается вызов функции meang, т.к. именно в ней можетпроизойти исключение.

К блоку try должен примыкать один или несколько блоковобработки исключений catch. Обработка исключения произойдет в том блоке, типаргумента которого совпадет с типом генерируемого исключения.В отсутствие исключения внутри блока try управление блоку catch не передается (онпропускается). При возникновении исключения логика программы следующая.

Операторthrow, сгенерировав исключение, обеспечивает поиск ближайшего блока try, внутрикоторого это исключение произошло. В примере этот блок находится в вызывающейфункции. Управление передается в соответствующий блок catch с нужным типомаргумента. Оставшиеся операторы в блоке try не выполняются.В том случае, если исключение генерируется внутри вложенной функции, то переход квнешнему блоку try происходит не напрямую, а путем последовательного возврата извнутренних функций с правильным освобождением стека. При этом, если в этих функцияхбыл создан автоматический объект какого-либо класса, то механизм перехода кобработчику исключения гарантирует вызов его деструктора.В прототипе функции, генерирующей исключение, полезно указывать, какой именно типисключения генерируется (для того, чтобы при использовании этой функции не забытьего обработать):double meang(double , double) throw (char*);2.

Пространство именЯзык Си++ позволяет использовать одинаковые имена (функций, переменных, классов …)ограничив область их видимость по умолчанию именованным пространством. Такоепространство называется пространством имен. Для его обозначения используется блок сключевым словом namespace. Например, мы могли бы определить функцию meang впользовательском пространстве My1:namespace My1{double meang(double x, double y){if (x == -y) throw "деление на ноль";return 2.*x*y/(x+y);}}Тогда при вызове этой функции из другого пространства имен (в том числе, глобальногопространства имен по умолчанию) имя этой функции следует употреблять cсоответствующим спецификатором доступа:x = My1::meang(x,y);Чтобы не делать это каждый раз, можно использовать оператор using:using My1::meang;x = meang(x,y);Чтобы сделать все имена из пространства имен My1 доступными по умолчанию,используется директиваusing namespace My1;Многие стандартные объекты, такие как cout или cin определены в стандартномпространстве имен std.

Поэтому для их использования применяют операторыusing std::cin;using std::cout;или директивуusing namespace std;23. Потоки ввода-выводаВвод-вывод в языке Си++ чаще всего делается с помощью стандартного набора классов,определенных в заголовочных файлах <iostream> и <fstream>.3.1 Потоки и буферыС точки зрения программы ввод-вывод – это поток байтов. При вводе программа читаетбайты из потока ввода при выводе – вставляет байты в поток вывода. Поток являетсяпосредником между программой и устройством ввода или вывода и служит своеобразныминтерфейсом, с которым взаимодействует программа.

Для управления вводом-выводомнужно осуществить две привязки: с одной стороны связать поток с программой, с другойстороны с устройством (файлом) ввода или вывода.программапотокустройствоввода-выводаЧасто для согласования скорости передачи и приема данных используется буферизированный ввод-вывод, когда поток связывает программу и устройство не напрямую, а черезпромежуточный буфер:устройствоввода-выводабуферпрограммапотокНапример, при использовании буферизированного ввода с клавиатуры данные впрограмму попадают не сразу, а после нажатия клавиши <Enter>. При этом происходиточистка буфера. Когда программа на языке Си++ достигает точки ввода, буфер, какправило, также очищается.Стандартные классы istream и ostream поддерживают методы, соответственно, ввода ивывода.

Эти классы являются базовыми для класса iostream, который наследует ихметоды. При включении в программу файла <iostream> автоматически создается 4потоковых объекта (плюс ещё 4 для 2-ух байтовых символов):объект cin связан со стандартным потоком ввода;объект cout связан со стандартным потоком вывода;объект cerr связан со стандартным потоком вывода ошибок (по умолчанию этотпоток связан со стандартным устройством вывода – монитором).

Поток небуферизован;объект clog связан со стандартным потоком вывода ошибок (по умолчанию этотпоток связан со стандартным устройством вывода – монитором). Потокбуферизован.Выражениеcout << "строка символов";(*)отправляет строку символов в буфер стандартного потока, т.к. в классе ostream такимобразом определена операторная функция operator<<(). Вывод из буфера на мониторобеспечивается средствами ОС.33.2 ПеренаправлениеПотоки ввода-вывода привязаны к программе с одной стороны. С другой стороны онипривязаны к устройствам ввода-вывода. Изменив средствами операционной системы(ничего не меняя в программе) эту привязку, можно перенаправить эти потоки на другиеустройства. Например, пусть программа называется program и в ней содержитсявыражение (*), выводящее строку на экран монитора.

Перенаправить стандартный потоквывода программы в файл «a.dat» можно, запустив программу в командной строке:program > a.datПри этом поток вывода ошибок (объект cerr) остается не перенаправленным и ошибкибудут, по-прежнему, выводиться на устройство по умолчанию. Следующий примериллюстрирует перенаправление сразу двух стандартных потоков: вывода и ввода в дваразных файла:program >a.dat <b.dat3.3 Метод writeВ дополнение к многочисленным перегрузкам оператора вставки в поток <<, класс ostreamсодержит набор методов, осуществляющих вывод. Метод write(const char_type* s,streamsize n) выводит n символов строки s.

Метод возвращает указатель на объект,который его вызвал, поэтому возможно его использование, например, следующимобразом:cout.write("строка",6) << endl;(**)3.4 Очистка буфера вывода. МанипуляторыМанипулятор – это объект особого типа, который управляет потоками ввода/вывода, дляформатирования передаваемой в них информации. Манипуляторы flush и endlосвобождают буфер. Для манипуляторов перегружен оператор включения в поток <<,поэтому ими можно пользоваться так, как это сделано в (**).

При этом манипулятор endlв отличие от flush добавляет в поток символ новой строки. Можно использовать ифункциональную форму вызова манипулятора, например:flush(cout);4. Форматирование вывода4.1 Изменение системы счисления при выводеИспользуются манипуляторы dec, hex, oct, смысл которых ясен из их имен. Например,при вызове hex(cout) (или cout << hex) устанавливается (вплоть до следующегоизменения) шестнадцатеричная система счисления для форматирования в объекте cout.4.2 Установка ширины полей выводаМетод width. Имеет два прототипа.int width();int width(int i);Первая форма возвращает текущую ширину поля вывода. Вторая – устанавливаетзначение ширины, равное i.

Влияет только на следующий отображаемый объект. Послечего ширина возвращается к исходному значению.44.3 Установка точности для вывода чисел с плавающей точкойМетод precision. Устанавливает количество значащих цифр при выводе вещественногочисла. Например, выполнение cout.precision(2) устанавливает две значащие цифры.Установки действуют до их явного изменения.5.

Ввод данных (cin)Оператор извлечения из потока >> обычно перегружается так, что возвращает указатель наобъект, для которого он был вызван. Поэтому возможны следующие цепочки ввода:char s[10];double x;int i;cin >> s >> x >> i;Смена системы счисления для ввода целочисленных данных осуществляется с помощьюманипуляторов dec, hex, oct. Например, выражениеcin >> hex;приведёт к тому, что целочисленный ввод будет трактоваться как шестнадцатеричный.Объект cin работает с потоком ввода следующим образом.

Символы-разделители(пробелы, символы новой строки, табуляции) пропускаются до тех пор, пока не будетобнаружен первый печатный символ. Далее, при односимвольном режиме это символизвлекается из потока и помещается по месту назначения. В иных случаях извлекаютсявсе символы до символа, несоответствующего типу назначения. Например, если причтении целого числа в программеint i;cin >> i;будут введены символы-123R,то символ «R» считан не будет и останется в потоке ввода. Следующий операторизвлечения >> начнет чтение с этого места. Если вводимые данные не соответствуют типуданных назначения, например, в указанном примере сразу вводится символ «R», тооператор извлечения оставит переменную i неизменной, но при этом вернет значениеfalse, по которому можно распознать неудачный ввод.6. Состояние потокаОбъекты cin и cout содержат три флага (бита), характеризующие состояние потока:ФлагЗначениеОписаниеeofbit1Достигнут конец файлаbadbit1Поток поврежден, например, ошибка чтенияfailbit1Считан неподходящий символ или при выводе неотображен ожидаемый символПри установке бита состояния потока в 1 он закрывается для записи и чтения, пока бит небудет сброшен.

Это можно сделать, вызвав метод clear().Некоторые методы для работы с флагами:eof() – возвращает true, если установлен eofbit;5fail() – возвращает true, если установлен badbit или failbit;clear(iostate s) – устанавливает состояние потока в s (по умолчанию 0)7. Односимвольный и строковый ввод7.1 Односимвольный ввод.Методы get(char &) и get() считывают введенный символ, даже если это символ новойстроки. Первый метод присваивает считанный символ своему аргументу. Второй методвозвращает введенный символ, преобразованный в целый тип. Рассмотрим два фрагментапрограммы:char ch;do{cin >> ch;cout << ch;}while (ch !='\n');// не работаетchar ch;do{ch = cin.get();cout << ch;}while (ch !='\n'); // символ конца строкиПусть введено с клавиатуры «first second<Enter>».

После ввода <Enter> введенная строкаиз буфера попадет в поток ввода. Оператор включения >>, в отличие от метода get(),пропустит пробел и символ конца строки. На монитор будет выведено «firstsecond» и циклпродолжится.Метод peek() считывает символ из потока и помещает его обратно в поток.7.2 Строковый ввод.Для ввода целой строки символов можно использовать следующие методы:istream & get(char *, int, char = '\n');istream & getline(char *, int, char = '\n');Первый аргумент - это указатель на область памяти, где будет размещена вводимаястрока, второй – максимальное число символов в строке + 1, третий аргумент – символзавершения строки, по умолчанию - '\n'.

Основное отличие этих методов в том, чтометод get оставляет символ завершения строки в потоке, делая его первым символом дляследующего чтения, а метод getline извлекает символ завершения строки из потока ипропускает его.Метод gcount() возвращает число символов, которое было считано из потока последнейоперацией считывания.8.