7.1 Motivation. Tastatureingabe. Inhalt von input.txt. Bildschirmausgabe. Inhalt von output.txt. i =33 j = 44

Transkript

1 7. Stream-Klassen

2 #include <fstream> #include<iostream> using namespace std; void main() { //Teil 1 int i,j; fstream eingabe("input.txt,ios::in); fstream ausgabe("output.txt,ios::out); //Teil 2 if ( eingabe>> i ) cout << " eingabe hat geklappt"<<endl; else cout << " eingabe hat nicht geklappt"<<endl; if ( cin >>j ) cout << " cin hat geklappt"<<endl; else cout << " cin hat nicht geklappt"<<endl; //Teil 3 ausgabe << "i =" << i << " j = " << j <<endl; cout << "i =" << i << " j = " << j <<endl; //Teil 4 cout << " sizeof eingabe " <<sizeof(eingabe) <<endl; cout << " sizeof ausgabe "<<sizeof(ausgabe) <<endl; cout << " sizeof cout " <<sizeof(cout) <<endl; cout << " sizeof cin " <<sizeof(cin) <<endl; cout << " sizeof cin " <<sizeof(cin>>j) <<endl; } 7.1 Motivation Tastatureingabe Inhalt von input.txt Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik Bildschirmausgabe Inhalt von output.txt i =33 j = 44

3 Wiederholung void main() { //Teil 1 int i,j; fstream eingabe("input.txt,ios::in); fstream ausgabe("output.txt,ios::out); //Teil 2 if ( eingabe>> i ) cout << " eingabe hat geklappt"<<endl; else cout << " eingabe hat nicht geklappt"<<endl; if ( cin >>j ) cout << " cin hat geklappt"<<endl; else cout << " cin hat nicht geklappt"<<endl; if ( cin >>j ) cout << " cin hat geklappt"<<endl; else cout << " cin hat nicht geklappt"<<endl; cout << "i =" << i << " j = " << j <<endl; Eingabedatei input.txt nicht vorhanden Eingabe von x statt einer Zahl cin 2 mal ausführen Was ist da passiert? Antwort später } Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik

4 Bewegt mn den Cursor in der Entwicklungsumgebung void main() //Teil 1 int i, j; std::fstream eingabe fstream eingabe("input.txt",ios::in); fstream ausgabe("output.txt",ios::out); //Teil 2 if (eingabe >> i) std::fstream eingabe cout << " eingabe hat geklappt" << endl; else cout << " eingabe hat nicht geklappt" << endl; if (cin >> j) cout << " cin std::istream hat geklappt" std::cin << endl; else cout << " cin hat nicht geklappt" << endl; //Teil 3 std::ostream std::cout ausgabe << "i =" << i << " j = " << j << endl; ausgabe.close(); std::fstream ausgabe cout << "i =" << i << " j = " << j << endl; //Teil 4 cout << " sizeof eingabe " << sizeof(eingabe) << endl; cout << " sizeof ausgabe " << sizeof(ausgabe) << endl; cout << " sizeof cout " << sizeof(cout) << endl; cout << " sizeof cin " << sizeof(cin) << endl; cout << " sizeof cin " << sizeof(cin >> j) << endl;} Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik

5 Fragestellungen Was bedeutet istream ostream bzw. iostream (Stream-)Klassen cin bzw. cout Objekte der Klassen eingabe bzw. ausgabe? cin>>i ausgabe<<j Ausdrücke (Typ/Wert?) Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik

6 7.2 Die Stream-Klassen Unter einem Stream in C++ kann man sich einen sequenziellen Strom aus Bytes vorstellen, der zu einem Ein-/Ausgabe-Medium gehört wie z.b. Bildschirm, Tastatur, Datei. Prinzipiell ist damit jedes Medium wie ein String zu sehen. Eine Eingabe kann daher stets als eine Umformatierung von Bytes in einem String zu intern abgespeicherten Variablen bzw. eine Ausgabe umgekehrt als Umformatierung interner Variablen in Text. Bsp. Text <-> int : -127 (= 2D im ASCII-Code) <-> FFFFFF5A Hierzu gibt eine Hierarchie von (Stream-)Klassen, die in zugehörigen Headerdateien gespeichert sind. Sie stellen die Informationen (Eigenschaften) und Funktionen (Methoden) zur Ein-/Ausgabe zur Verfügung. Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik

7 Wesentliche Stream-Klassen mit Vererbungshierarchie Allgemeine Basisklassen mit Eigenschaften und Methoden zur Formatierung und zum aktuellen Status (Fehler ja/nein) ios_base ios Klassen zur Bereitstellung der eigentlichen Methoden für die Ein- und Ausgabe Operatoren << / >>, get/put, read/write, getline, Positionierung, Objekte cin/cout ostream istream Allgemeine Ein-/Ausgabefunktionalität Ein-/Ausgabe mit Dateien (File-Streams) Ein-/Ausgabe über Strings ofstream iostream fstream ifstream sstream Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik

8 Stream-Klassen/Übersicht Mit den Streamklassen ist es möglich, flexibel die Ein- und Ausgabe aller Daten über unterschiedliche Medien einheitlich zu gestalten - aus interner Darstellungen der Daten die für externe Medien zu liefern und umgekehrt. - Diese Technik auf selbstdefinierte Datentypen (Klassen) zu erweitern - Die Art der Darstellung mittels Formatierungen zu steuern - Den Zustand der Streams zu überprüfen und anzupassen - Standards bereitzustellen für Bildschirm und Tastatur - Umgang mit Dateien zu ermöglichen + weitere Funktionalitäten Üblicherweise werden nur die Klassen iostream, fstream und sstream mittels #include <..stream> direkt verwendet. Die anderen erscheinen ggf. in (Fehler-) Meldungen. Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik

9 Stream-Objekte Standard-Streams erfordern #include <iostream> Diese stehen automatisch zur Verfügung cin istream üblicherweise Tastatur cout ostream üblicherweise Bildschirm cerr ostream wie cout für Fehlermeldungen clog ostream wie cout für Protokollausgaben Dateien erfordern #include <fstream> Deklaration fstream eingabe; Strings erfordern #include <sstream> Deklaration stringstream st; Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik

10 7.3 Basiseigenschaften und -methoden In den Basisklassen ios_base und ios werden Eigenschaften und Methoden zur Beschreibung der Formatierung und dem Status eines Streams bereitgestellt. Über die Klassen istream und ostream werden dann die eigentlichen Ein- Ausgabemethoden bereitgestellt. Diese stehen dann in allen Streams mittels Vererbung zur Verfügung, d,h. auch in den relevanten Klassen iostream, fstream und sstream. Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik

11 Statusangaben (Auswahl) Eigenschaft Wert = 0 Wert = 1 goodbit anderes Bit =1 alle anderen Bits 0 badbit Stream OK Stream defekt failbit letzte Operation fehlerfrei letzte Operation fehlerhaft eofbit Dateiende gelesen Dateiende nicht gelesen Ist goodbit = 1 könnte die nächste Aktion erfolgreich sein, andernfalls wird sie in der Regel scheitern. Die Methode void clear() setzt alle Fehlerbits auf 0. Zu jedem Bit gibt es Methoden zur Überprüfung (entspricht get): bool good() bool bad() bool fail() bool eof() Beispiel: if (!eingabe.eof() ) //fstream eingabe {.. Es können noch Daten da sein } Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik

12 Formatierung(Auswahl) Erforderlich # include <iomanip> Manipulatoren sind Funktionen (also Methoden), die zu den Streamklassen gehören. cout.precision(3) ist dasselbe wie cout<<setprecision(3) cout.width(6) ist dasselbe wie cout<<setw(6) int fw= cout.width(); liefert die aktuelle Feldbreite cout.fill( 0 ) ist dasselbe wie cout<<setfill ( 0 ) char c=cout.fill() liefert das aktuelle Füllzeichen Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik

13 Eingabemethoden (Auswahl) Diese betreffen den eigentlichen Transfer von einem Eingabemedium in den interen Speicher. Diese sind Bestandteil der Klasse istream und somit auch von iostream. operator >> get getline read gcount ignore peek tellg seekg Datenübertragung+Interpretation aus Eingabestrom liest ein Zeichen char c=cin.get() Lesen einer Zeile cin.getline(a,20, \n ) //char a[20] Lesen eines Blocks cin.read(a,20) //char a[20] Anzahl der zuletzt gelesenen Zeichen int i=cin.gcount() Zeichen im Eingabestrom entfernen cin.ignore(); Vorschau auf das nächste Zeichen char c=cin.peek() Leseposition liefern int i=cin.tellg() Leseposition ändern cin.seekg(5) Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik

14 Operator >> Der Operator >> steht zwischen einem Objekt vom Typ istream und der zu lesenden Variablen. Damit hat man einen Ausdruck, der vom Typ istream (!) ist eingabe>>i>>j; entspricht (eingabe>>i)>>j; Da links von >> ein Objekt vom Typ istream steht ist eingabe>>i auch vom Typ istream. Der Wert ist 0, falls die Eingabeoperation fehlerhaft war. Damit kann die Korrektheit elegant überprüft werden: if ( eingabe>>i ) {//OK } else {//Fehler} Der Operator >> interpretiert Whitespace-Zeichen als Trennzeichen und kann überladen werden für selbsdefinierte Klassen (vgl. Kap 4 für Brüche) istream& operator>> (istream&, Bruch&) Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik

15 void main() { int i,j; //Teil 2 Das Eingabeproblem aus 7.1 } if ( cin >>j ) cout << " cin hat geklappt"<<endl; else { cout << " cin hat nicht geklappt"<<endl; cin.clear(); cin.ignore(); } if ( cin >>j ) cout << " cin hat geklappt"<<endl; else cout << " cin hat nicht geklappt"<<endl; cout << "i =" << i << " j = " << j <<endl; Das eingegebene Zeichen x bleibt im Tastaturpuffer stehen Um diese unzulässige Eingabe zu eliminieren muss man die Methoden clear setzt Fehlerbits zurück ignore entfernt Zeichen aus dem Tastaturpuffer verwenden. Danach kann wieder neu eingegeben werden. Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik

16 Ausgabemethoden (Auswahl) Diese betreffen den eigentlichen Transfer vom interen Speicher auf ein Ausgabemedium. Diese sind Bestandteil der Klasse ostream und somit auch von iostream. operator << Datenübertragung+Interpretation zum Ausgabestrom put schreibt ein Zeichen cout.put(c) //char c write Schreiben eines Blocks cout.write(a,20) //char a[20] flush restliche Zeichen zum Ausgabestrom peek Vorschau auf das nächste Zeichen char c=cin.peek() tellp Ausgabeposition liefern int i=cin.tellp() seekp Ausgabeposition ändern cin.seekp(5) Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik

17 Operator << Für den Operator << gilt ähnliches wie bei >>. Er steht zwischen einem Objekt vom Typ ostream und der zu lesenden Variablen. Damit hat man einen Ausdruck, der vom Typ istream (!) ist ausgabe<<i<<j; entspricht (ausgabe<<i)<<j; Da links von << ein Objekt vom Typ ostream steht ist ausgabe<<i auch vom Typ ostream. Der Operator >> kann ebenfalls überladen werden für selbsdefinierte Klassen (vgl. Kap 4 für Brüche) ostream& operator<< (ostream&, Bruch&) Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik

18 7.4 File-Streams Datenträger Notwendige Aktivitäten Programm File Verbindung erstellen Eröffnungsmodus festlegen (Lesen/Schreiben/...) Stream-Objekt Datei erstellen (Editor,Excel, ) Objekt erstellen (Konstruktor) Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik

19 Notwendige Aktivitäten Eingabe: Datei erstellen Ausgabe: Stream Objekt erstellen Verbindung erstellen Eröffnungsmodus festlegen Allgemeines Editor, anderes Programm Datei kann automatisch erzeugt werden Deklaration, Konstruktor Konstruktor, Methode open Flags setzen (Bits aus der Klasse ios) Arbeitsweise Es gibt stets eine aktuelle Byteposition, von der gelesen wird oder auf die geschrieben wird. Nach jeder Aktion erhöht sich die aktuelle Byteposition um 1 -> sequenzielle Verarbeitung. Alternative : wahlfreie Verarbeitung (nicht Gegenstand der Vorlesung->Kap 10) Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik

20 ios::in ios::out ios::trunc ios::app ios::ate ios::binary Default ifstream ofstream fstream Eröffnungsmodus eine existierende Datei zum Lesen öffnen eine Datei zum Schreiben öffnen (impliziert ios::trunc falls nicht anders festgelegt) eine bestehende Datei wird beim öffnen geleert (Länge=0) jede Schreiboperation wird ab dem aktuellen Dateiende durchgeführt (append) nach dem Öffnen der Datei wird auf das Dateiende positioniert ohne ate ist es der Dateianfang danach kann umpositioniert werden (Unterschied zu app) Ein-/Ausgabe im Binärmodus (Standard ist Textmodus:Interpretation von Zeilen-/Dateiende) Verknüpfung über den Bitoperator (oder) ios::in ios::out ios::trunc ios::in ios::out Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik

21 Stream Objekt erstellen/defaultkonstruktor Mit dem Defaultkonstruktor kann ein File-Stream ohne Verbindung zu einer Datei erzeugt werden. Erforderlich: #include <fstream> streamklasse namestream1,namestream2,..; Streamklasse kann sein namestream ifstream,ofstream,fstream frei wählbar/name des Streams Beispiele: ifstream eingabe,inputstream1,ein; ofstream ausgabe,outputstream2,aus; fstream eingabedatei3; Die Verbindung zur (externen) Datei muss dann über die Methode open hergestellt werden. Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik

22 Stream Objekt erstellen/konstruktor Die anderen Konstruktoren der Klassen können über Parameter - die Verbindung zur Datei herstellen - den Eröffnungsmodus festlegen Form : streamklasse namestream(dateiname),namestream2(dateiname,flags) streamklasse ifstream,ofstream,fstream namestream frei wählbar/name des Streams Dateiname xy.dat im aktuellen Projektverzeichnis d:/v1/v2/.../xy.dat beliebiges Verzeichnis flags flag1 flag2... flagn Beispiele fstream meinedatei( D:/daten/noten.txt ); fstream deinedatei( testdatei.txt,ios::out ios::app); fstream unseredatei( J:\\daten\\ergebnis.txt ); //!!!!!!! Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik

23 Wirkungsweise der Flags ios::out ios::app eine existierende Datei zum Schreiben öffnen jede Schreiboperation wird ab dem aktuellen Dateiende durchgeführt (append) fstream ein( input.txt,ios::out ios::app); -> an eine existierende Datei etwas anhaengen. ios::out 000x0000 ios::app 00000y00 ios::out ios::app 000x0y00 (ODER-Verknüpfung) Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik

24 Verbindung erstellen/löschen Erstellen: 2 Möglichkeiten a) Über Konstruktor -> erledigt b) Mittels open (nach Deklaration) namestream.open(dateiname) namestream.open(dateiname,flags) Beispiel: meinedatei.open( D:/daten/noten.txt ) deinedatei.open( testdatei.txt,ios::out ios::app); Löschen der Verbindung: namestream.close();//löscht nicht das Streamobjekt!!! Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik

25 7.5 Stringstreams Anstelle einer Datei, kann in C++ auch ein String als Ein-/Ausgabemedium benutzt werden. Damit lassen sich dann sehr elegant Umformatierungen zwischen dem internen Zahlenformat (z.b. double, int) in Zeichen und umgekehrt erstellen. Erforderlich: #include <sstream> Deklaration: stringstream sst1, sst2( ),sst3(st); sst1 leer sst2/sst3 initialisiert sst2 mit Character-Array / sst3 mit string st Mit einer Variablen int i kann man dann beispielsweise elegant sst1<<i; // den Wert von i als Text in sst1 speichern (ev. auch formatiert) sst2>>i; // den Text in sst2 in int umwandeln und in i speichern Mit der Methode str lässt sich ein Stringstream in einen String umwandeln: string s= s1.str(); Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik

26 Zusammenfassung In C++ ist die Ein- und Ausgabe von Daten durch den Ansatz, diese stets als Strom aus Bytes d.h. also als string zu sehen, universell und einfach. Verwendet werden üblicherweise die Klassen iostream, fstream und ggf. stringstream Allerdings kann im Detail dies wieder sehr kompliziert werden, insbesondere im Fehlerfall., wenn beispielsweise Pufferbereiche gereinigt werden müssen. Es steht jedoch eine große Zahl an Methoden bereit, Anforderungen zu erfüllen und Probleme zu beseitigen. Eine ausführliche Betrachtung ist hier nicht möglich. Ergänzungen in Kap 10: Binäre Ein-/Ausgabe mit Dateien ohne Konvertierung Text<-> Zahlenformat Direktzugriff in Dateien: Ansteuerung einzelner Positionen Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik

27 7.6 Beispiel 1: get void main() { char cc; cout<<" Zeichen eingeben/ende mit # :"; cin.get(cc); while ( cc!='#' ) { int i=cc; cout<<endl<<" gelesen:"<<cc<<" entspricht "<<i<<endl; cout<<" naechstes Zeichen eingeben/ende mit # :"; cin.get(cc); } } Eingabe von Tastatur 1 2 # Nach jeder Eingabe wird die Enter-Taste gedrückt: Zeilenende = 10 Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik

28 #include <fstream> #include <iostream> #include <string> using namespace std; void main() { char puffer[80]; int anzahlzeichen; string s; } fstream dateiein("input.txt",ios::in); fstream dateiaus("ouput.txt",ios::out); Beispiel 2: getline/eof input.txt aaa bbbbbbbbbbbbbbbb ss dateiein.getline(puffer,80);//default Endezeichen=\n anzahlzeichen=dateiein.gcount();//anzahl gelesene Zeichen cout <<"gelesene Zeichen "<<anzahlzeichen<<endl; while (!dateiein.eof()) { cout<<puffer<<endl; dateiaus.write(puffer,anzahlzeichen); dateiein.getline(puffer,80); anzahlzeichen=dateiein.gcount(); cout <<"gelesene Zeichen "<<anzahlzeichen<<endl; } dateiein.close(); dateiaus.close(); output.txt (mit Hex-Editor) Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik

29 Beispiel 3: Ausgabe in Stringstreams Aufgabe: es soll eine Zahl vom Typ int als string dargestellt werden um eine Ausgabe optisch gefällig gestalten zu können. Konventionelle Lösung: einzelne Zeichen mittels %-operator ermitteln Zeichen zählen usw. Elegante Lösung mittels stringstream string int_to_string(int z) { stringstream s; s<<setw(12)<<setfill( 0 )<<z; return s.str(); } Die Methode string str() liefert den in einem Objekt vom Typ stringstream dargestellten Text als Objekt vom Typ string. Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik

30 Beispiel 4: Eingabe aus Stringstreams Aufgabe: Benutzerfreundliche Eingabe einer ganzen Zahl Lösung: Eingabe als string mit der Möglichkeit zu Plausibilitätskontrollen und anschließend Umwandlung in eine ganze Zahl Konventionelle Lösung über Hornerschema (siehe Programmieren 1) Elegante Lösung mittels stringstream int string_to_int(string s) {//mit Horner-Schema int z=0, n=s.length(); for ( int i=0;i<n; i++) z = z*10+ ( s[i]-'0'); return z; } int string_to_int(string s) {//mit stringstream int z; stringstream str(s); str>>z; return z; } Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik

31 8 Sonstiges Binäre Dateien 1:1 Kopie Dateiinhalt<->Variable ohne Konvertierung in Kap.10 Direktzugriff auf Byte der Datei positionieren in Kap 10 Exklusivzugriff Klasse CFILE in MFC mit speziellen Flags CFile::modeCreate CFile::modeWrite CFile::shareExclusive Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik