Informationsverarbeitung

Transkript

1 1/19 Informationsverarbeitung Einführung in das Programmieren mit C++ Markus Uhlmann Institut für Hydromechanik Karlsruher Institut für Technologie WS 2011/2012 Vorlesung 13 (Download Quelldateien)

2 2/ VORLESUNG Ein- und Ausgabe Advice: When reading input, always consider illformed input. B. Stroustrup

3 3/19 Fragen, die in dieser Vorlesung diskutiert werden Ein- und Ausgabe Wie liest/schreibt man Daten von/in? Wie verfährt man bei Binärdateien? Was sollte man bei interaktiver Datenabfrage beachten?

4 4/19 Ein- und Ausgabe (engl. I/O ) in C++ C++ Ein-/Ausgabe Operationen sind nicht Teil der Sprache C++ statt dessen: Bestandteil der Standardbibliothek Bsp: Bildschirmausgabe durch cout aus iostream Historische Methode aus C Kompatibilität mit C durch Bibliothek cstdio I/O durch Funktionen wie z.b. printf() Verwendung unter C++ nicht empfohlen C++ Mechanismus robuster, praktischer, mächtiger

5 Konzept der I/O mit Hilfe von sog. stream Objekten Prozess (laufendes Programm) H a l l o W... Textdatei Hallo Welt! stream Objekt Bsp: Einlesen von Daten aus einer Datei stream Objekte leisten sequentielle Ein-/Ausgabe von Bytes Programm interagiert nicht mit Datei, sondern mit stream ermöglicht u.a. Pufferung von I/O Daten 5/19

6 6/19 Die IOstream Bibliothek hierarchisches Objektmodell (mehrfache Vererbung) i.d.r. werden nur iostream und fstream direkt benutzt

7 7/19 (Schon bekannte) Ein-/Ausgabe über Bildschirm/Tastatur Anweisung #include <iostream> erzeugt Objekte: cin, cout,... Operatoren >> und << können zur Ein/-Ausgabe von Variablen genutzt werden Eingabedaten werden implizit in die entsprechenden Datentypen umgewandelt unkorrekte Eingabe wird nicht automatisch abgefangen Bsp: (Quelltext 13.1) #include <iostream> using namespace std;... int i; cout << Ganzzahl i=? <<endl; cin >> i;

8 8/19 I/O über Bildschirm/Tastatur (2) spezielle Formattierung der Ausgabe durch Elementfunktionen von cout Bsp: cout.precision(<ganzzahl>) ausserdem diverse weitere Optionen über sog. Flags Bsp: cout.setf(ios::scientific) Bsp: (Quelltext 13.2) #include <iostream> using namespace std;... double d= e-5; cout.precision(10); cout << d << endl;

9 9/19 Wie funktioniert eigentlich eine mehrfache Eingabe? Bsp: #include <iostream>... int i, j; cin >> i >> j ; Operator >> wird umgewandelt in Funktionsaufruf Operator >> ist links rechts assoziativ d.h. Anweisung cin >> i >> j ist äquivalent zu: ( cin.operator>>(i) ).operator>>(j) also: Rückgabewert vom gleichen Typ wie cin notwendig! und: Trennung der Daten in Eingabestrom (Leerzeichen)

10 10/19 Was passiert bei der Eingabe von Zeichenketten? Zeichenketten Einlesen: cin >> <stringvar>; Eingabe von Zeichenketten ist analog zu anderen Typen Problem: Leerzeichen in Text führt zu Abschluss (Operator >> = wortweises Lesen) (Quelltext 13.3) falls Einlesen beliebiger Texte erforderlich: zeichenweises Lesen mit cin.get (Quelltext 13.4) alternativ: zeilenweises Lesen mit cin.getline (Quelltext 13.5)

11 Allgemeines Numerische Daten Zeichenketten 11/19 Ein-/Ausgabe in Dateien Dateien I/O in/aus Dateien erfolgt analog zu den bekannten Objekten cout, cin Laden der Definitionen: #include <fstream> aber: fstream erzeugt nicht automatisch Objekte fstream Objekte müssen explizit erzeugt werden: #include <fstream>... ifstream ifile; // Eingabestrom ifile (frei waehlbare ofstream ofile; // Ausgabestrom ofile...namen) ifstream/ofstream Objekte enthalten sämtliche Elementfunktionen von cin/cout

12 Allgemeines Numerische Daten Zeichenketten 12/19 Verbinden von stream Objekten mit Dateien Öffnen/Schliessen neue ifstream/ofstream Objekte sind noch nicht mit spezifischen Dateien verknüpft Öffnen von Dateien erfolgt mit open : ifile.open("ein.txt"); // Oeffnen der Eingabedatei ein.txt ofile.open("aus.txt"); // " Ausgabedatei aus.txt jede geöffnete Datei sollte auch wieder geschlossen werden dazu dient die Elementfunktion close ifile.close(); // Schliessen der Eingabedatei

13 Allgemeines Numerische Daten Zeichenketten 13/19 Schreiben von Daten Schreiben eigentliche Ausgabe kann durch verschiedene Mechanismen erfolgen (analog cin/cout) z.b. Nutzung des Operators << #include <fstream>... ofstream ofile; // Erzeugen von Ausgabestrom ofile ofile.open("aus.txt"); // Oeffnen der Ausgabedatei ofile << "Beispieltext"; // Schreiben ofile.close(); // Schliessen der Datei (Quelltext 13.6) dynamische Version: (Quelltext 13.7)

14 Kontrolle über das Bildschirm/Tastatur Allgemeines Numerische Daten Zeichenketten Öffnen von Dateien Voreinstellung bei Öffnen von Dateien ifstream (Eingabe): nicht existierende Datei Fehler ofstream (Ausgabe): nicht existierende Datei wird erzeugt, existierende Datei wird ersetzt (überschrieben) Öffnungsmodus kann bei Öffnen als zweiter Parameter angegeben werden: ofile.open(<name>,<mode>) gültige Modi (<mode>) ios base::app ios base::ate ios base::trunc ios base::binary Anhängen an existierende Datei Anfangsposition am Dateiende Löschen von existierenden Dateien Schreiben von Binärdaten (Quelltext 13.8) verschiedene Optionen können durch verknüpft werden 14/19

15 Allgemeines Numerische Daten Zeichenketten Lesen von numerischen Daten aus Lesen allgemein analog zu Schreibvorgang, wie bei Eingabe von Tastatur Bsp: Aus-/Eingabe in Zeilen-Spalten Format (Quelltext 13.9) ofstream ofile("ausgabe.txt"); for(int i=0;i<=2;i++){ for(int j=0;j<=3;j++){ ofile << i*j << " "; } ofile << endl; } ifstream ifile("ausgabe.txt"); for(int i=0;i<=2;i++){ for(int j=0;j<=3;j++){ ifile >> tmp; cout << tmp; } } Probleme beim Lesen (Quelltext 13.10) falsch formattierte Daten, falsche Datentypen zu erwarten Testen des Zustandes des Eingabeobjektes: ifile.good() 15/19

16 Allgemeines Numerische Daten Zeichenketten 16/19 Lesen von Zeichenketten aus Lesen von Textdaten vollkommen analog zu Eingabe über Tastatur Verwendung von Objekten des Typs string grundsätzlich 3 Möglichkeiten: Verwendung des Operators >> (nicht empfohlen) Elementfunktion get (zeichenweise) (Quelltext 13.11) Funktion getline (zeilenweise) (Quelltext 13.12)

17 17/19 Was sind binäre Dateien? enthalten Daten in internem Datenformat bei wird ein Format angenommen (z.b. ASCII) jegliche Daten werden bei der Ausgabe in das entsprechende Format umgewandelt (umgekehrte Umwandlung bei Eingabe von ) Textformat ineffizient für numerische Daten Umwandlung geht evtl. mit Präzisionsverlust einher Speicherung ohne Umwandlung oft wünschenswert

18 Wie erzeugt man binäre Dateien in C++? Binärer Ausgabemodus 1. Öffnen der Datei im Modus ios_base::binary Bsp: ofstream ofile("ausgabe.bin",ios_base::binary); 2. Schreiben mit Hilfe der Elementfunktion write write übernimmt zwei Parameter: a) einen Zeiger auf eine char Variable (Startadresse) b) die Anzahl von Bytes, die ab Startadresse geschrieben werden Adresse des gegebenen Datentyps muss explizit in einen Zeiger auf char umgewandelt werden Bsp: ofile.write((char *) &i, sizeof(i)); analog bei Eingabe, Verwendung der Elementfunktion read (Quelltext 13.13) 18/19

19 Partikelsimulation: Ausgabe von Trajektorien in Datei Daten können z.b. in Matlab weiterverarbeitet werden Behälterklasse Eigenschaften: Partikelvektor ofstream Objekt Methoden: Partikelkollisionen Bewegungsschritt Wandkollision grafische Anzeige Ausgabe in Datei Partikelklasse Eigenschaften: Position, Geschwindigkeit, Radius Methoden: Bewegungsschritt Wandkollision grafische Anzeige Ausgabe in Datei Konstruktor Quelltext: (Linux) 19/19

20 1/3 Anhang Zusammenfassung Literatur Zusammenfassung Ein- und Ausgabe I/O mit durch >>/<<, get/put, getline I/O mit binären Dateien, Byte-weise mittels read/write

21 2/3 Anhang Zusammenfassung Literatur Anhang

22 3/3 Anhang Zusammenfassung Literatur Weiterführende Literatur S. Prata, C++ Primer Plus, Sams, 2005 S. Oalline, Practical C++ Programming, O Reilly, 2003 J. Liberty and B. Jones, Teach yourself C++ in 21 days, Sams, 2005 R. Lischner, C++ in a Nutshell, O Reilly, 2003 Handbücher erhältlich am Rechenzentrum: (Weblink) RRZN, Die Programmiersprache C, 17. Auflage, 2008 RRZN, C++ für C Programmierer, 13. Auflage, 2005 Online Dokumentation zum C++ Standard (Weblink) (freie) Microsoft Software für Studenten am KIT: (Weblink)