Einführung in I/O und File-Handling in C ++

Transkript

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2 1/34 Einführung in I/O und File-Handling in C ++ Florian Adamsky, B. Sc. (PhD cand.) florian.adamsky@iem.thm.de cbd Softwareentwicklung im WS 2014/15

3 2/34 Outline 1 Grundlagen Compilevorgang 2 Ein- und Ausgabe Grundlagen Ausgabe Eingabe 3 File Handling Streams und Buffer Schreiben in eine Datei Lesen einer Datei Serialisierung Fehlerbehandlung

4 3/34 Inhaltsverzeichnis 1 Grundlagen Compilevorgang 2 Ein- und Ausgabe Grundlagen Ausgabe Eingabe 3 File Handling Streams und Buffer Schreiben in eine Datei Lesen einer Datei Serialisierung Fehlerbehandlung

5 Compilevorgang Quelltext int main() { if (a < b) cout << ffoo``; do while z = x - y; cin >> var; return 0; }

6 Compilevorgang Quelltext int main() { if (a < b) cout << ffoo``; do while z = x - y; cin >> var; return 0; } compile Objekt-Datei (LIB REF) (LIB REF)

7 4/34 Compilevorgang Quelltext Objekt-Datei Binär-Datei int main() { if (a < b) cout << ffoo``; do while z = x - y; cin >> var; return 0; } compile (LIB REF) (LIB REF) linken Bibliothek

8 5/34 Entwicklungsumgebung IDE Code::Blocks Visual C++ Express visualstudio/eng/products/ visual-studio-2010-express Eclipse CDT Texteditor Sublime Text 2 Notepad++ Emacs http: //

9 6/34 Inhaltsverzeichnis 1 Grundlagen Compilevorgang 2 Ein- und Ausgabe Grundlagen Ausgabe Eingabe 3 File Handling Streams und Buffer Schreiben in eine Datei Lesen einer Datei Serialisierung Fehlerbehandlung

10 Standard-Datenströme Tastatur Programm Monitor

11 Standard-Datenströme Tastatur (1) stdin std::cin Programm Monitor

12 Standard-Datenströme Tastatur (1) stdin Monitor std::cin (2) stdout std::cout Programm

13 7/34 Standard-Datenströme Tastatur Monitor (1) stdin std::cin (2) stdout std::cout (3) stderr std::cerr Programm

14 8/34 Ausgabeoperator << Um die Standard Ein- und Ausgabefunktionen von C++ zu nutzen, ist es notwendig die folgende Datei zu inkludieren: #include <iostream> Mit der Methode cout weisen Sie C++ an, Informationen auszugeben: cout << "Ihre Eingabe: " << eingabe << endl; Der Ausgabeoperator (engl. Insertation Operator) << zeigt in die Richtung in die die Daten fließen und verkettet mehrere Daten miteinander

15 9/34 Manipulatoren Manipulatoren dienen dazu die Ein- und Ausgabe zu formatieren Der Manipulator endl fügt eine neue Zeile in den Ausgabestrom ein Über die Header-Datei iomanip können weitere Manipulatoren geladen werden: Manipulator endl setw(n) left right setfill(c) dec oct hex Bedeutung Fügt neue Zeile ein Abstand mit n Stellen linksbündig rechtsbündig c als Füllzeichen benutzen Stellt Zahl in dezimal dar Stellt Zahl in oktal dar Stellt Zahl in hexadezimal dar

16 10/34 Fließkomma-Manipulatoren Manipulatoren showpoint noshowpoint scientific fixed setprecision(n) Bedeutung Zeige Dezimalpunkt mit Nachkommastellen an Nur relevante Stellen werden ausgegeben Ausgabe in wissenschaftlicher Darstellung Festgelegte Nachkommastelle Genauigkeit mit n Stelle

17 Beispiel Quelltext #include <iostream> using namespace std;

18 11/34 Beispiel Quelltext #include <iostream> using namespace std; int main(void) { // Ausgabe cout << "Hello World" << endl; } int zahl = 42; cout << "Sinn des Leben ist " << zahl << endl;

19 11/34 Beispiel Quelltext #include <iostream> using namespace std; Ausgabe $./foo Hello World Sinn des Leben ist 42 int main(void) { // Ausgabe cout << "Hello World" << endl; compiliert } int zahl = 42; cout << "Sinn des Leben ist " << zahl << endl;

20 12/34 Beispiele für Fließkommazahlen Quelltext double irratio = sqrt(2); Ausgabe

21 12/34 Beispiele für Fließkommazahlen Quelltext double irratio = sqrt(2); cout << irratio; Ausgabe

22 12/34 Beispiele für Fließkommazahlen Quelltext double irratio = sqrt(2); cout << irratio; Ausgabe

23 12/34 Beispiele für Fließkommazahlen Quelltext double irratio = sqrt(2); cout << irratio; Ausgabe cout << setprecision(2) << irratio;

24 12/34 Beispiele für Fließkommazahlen Quelltext double irratio = sqrt(2); cout << irratio; Ausgabe cout << setprecision(2) << irratio; 1.4

25 12/34 Beispiele für Fließkommazahlen Quelltext double irratio = sqrt(2); cout << irratio; Ausgabe cout << setprecision(2) << irratio; 1.4 cout << fixed << setprecision(2)<< irratio;

26 12/34 Beispiele für Fließkommazahlen Quelltext double irratio = sqrt(2); cout << irratio; Ausgabe cout << setprecision(2) << irratio; 1.4 cout << fixed << setprecision(2)<< irratio; 1.41

27 12/34 Beispiele für Fließkommazahlen Quelltext double irratio = sqrt(2); cout << irratio; Ausgabe cout << setprecision(2) << irratio; 1.4 cout << fixed << setprecision(2)<< irratio; 1.41 cout << scientific<< setprecision(5) << irratio;

28 12/34 Beispiele für Fließkommazahlen Quelltext double irratio = sqrt(2); cout << irratio; Ausgabe cout << setprecision(2) << irratio; 1.4 cout << fixed << setprecision(2)<< irratio; 1.41 cout << scientific<< setprecision(5) << irratio; e+00

29 13/34 Fehlerausgabe Um Fehler auszugeben verwendet man die Methode cerr: Example (Fehlermeldungen) if (success) cout << "Alles in Ordnung" << endl; else cerr << "Fehler" << endl; Ausgabe fließt in den Kanal stderr (2), der jedoch standardmäßig mit stdout (1) verbunden ist Durch die verschiedenen Kanäle kann man Fehlermeldungen umlenken: $./programm 2>fehlermeldungen.txt

30 14/34 Eingabeoperator >> Um die Standard Ein- und Ausgabefunktionen von C++ zu nutzen, ist es notwendig die folgende Datei zu inkludieren: #include <iostream> Um eine Eingabe in einer Variable zu speichern, benutzt man die Methode cin: cin >> eingabe; Der Eingabeoperator >> berücksichtigt den Datentyp

31 Beispiel Quelltext #include <iostream> using namespace std;

32 15/34 Beispiel Quelltext #include <iostream> using namespace std; int main(void) { int zahl1; double zahl2; char zeichen; } cin >> zahl1; cin >> zahl2; cin >> zeichen;

33 16/34 Inhaltsverzeichnis 1 Grundlagen Compilevorgang 2 Ein- und Ausgabe Grundlagen Ausgabe Eingabe 3 File Handling Streams und Buffer Schreiben in eine Datei Lesen einer Datei Serialisierung Fehlerbehandlung

34 17/34 Streams Stream: Verbindungsstück mit zwei Enden um Daten zu transferieren (Analogie: Schlauch) Eingang: Festplatte, Tastatur oder ein anderes Programm Ausgang: Festplatte, Bildschirm, oder Drucker Vorteil: Flexibilität Streams sind effizienter mit Buffers

35 18/34 Ein Wort zu Buffer Definition (Buffer) Buffer: ist ein zusammenhängender Speicherbereich der als temporärer Speicher genutzt wird Möchte man 512 Bytes in eine Datei speichern, wäre es ineffizient 512 mal ein Byte zu speichern Besser ist es, die Daten in einem Buffer zu sammeln und mit einer Operation zu schreiben Einen Buffer zu leeren nennt man flushing und der dazugehörige Manipulator heißt flush() cout << "foobar" << flush;

36 19/34 In eine Datei schreiben 1 Erstellen eines ofstream Objektes 2 Verbinden des Objektes mit einer bestimmten Datei 3 Das erstellte Objekt kann dann genauso benutzt werden wie cout oder cerr 4 Schließen der Verbindung

37 In eine Datei schreiben (Beispiel) Example (Beispiel) #include <fstream> int main(void) { // Erstellen des Objektes std::ofstream fout;

38 In eine Datei schreiben (Beispiel) Example (Beispiel) #include <fstream> int main(void) { // Erstellen des Objektes std::ofstream fout; // Verbinden mit einer Datei fout.open("test.txt");

39 In eine Datei schreiben (Beispiel) Example (Beispiel) #include <fstream> int main(void) { // Erstellen des Objektes std::ofstream fout; // Verbinden mit einer Datei fout.open("test.txt"); // Benutzen wie cout fout << "Lorem ipsum dolor sit amet";

40 In eine Datei schreiben (Beispiel) Example (Beispiel) #include <fstream> int main(void) { // Erstellen des Objektes std::ofstream fout; // Verbinden mit einer Datei fout.open("test.txt"); // Benutzen wie cout fout << "Lorem ipsum dolor sit amet"; } 20/34 // Schliessen der Verbindung fout.close();

41 21/34 Vorsicht Obacht Das Öffnen einer Datei im default mode löscht den vorherigen Inhalt der Datei.

42 22/34 Aus einer Datei lesen 1 Erstelle ein ifstream Objekt 2 Verbinde das Objekt mit einer bestimmten Datei 3 Das erstellte Objekt kann genauso benutzt werden wie cin 4 Schließen der Verbindung

43 Aus einer Datei lesen (Beispiel 1) Example (Beispiel) #include <fstream> int main(void) { // Erstellen des Objektes std::ifstream fin;

44 Aus einer Datei lesen (Beispiel 1) Example (Beispiel) #include <fstream> int main(void) { // Erstellen des Objektes std::ifstream fin; // Verbinden mit einer Datei fin.open("test.txt");

45 Aus einer Datei lesen (Beispiel 1) Example (Beispiel) #include <fstream> int main(void) { // Erstellen des Objektes std::ifstream fin; // Verbinden mit einer Datei fin.open("test.txt"); // Benutzen wie cin char buf[80]; fin >> buf;

46 Aus einer Datei lesen (Beispiel 1) Example (Beispiel) #include <fstream> int main(void) { // Erstellen des Objektes std::ifstream fin; // Verbinden mit einer Datei fin.open("test.txt"); // Benutzen wie cin char buf[80]; fin >> buf; } 23/34 // Schliessen der Verbindung fin.close();

47 24/34 Aus einer Datei lesen (Beispiel 2) Example (Einzelnes Zeichen einlesen) char zeichen; fin >> zeichen;

48 24/34 Aus einer Datei lesen (Beispiel 2) Example (Einzelnes Zeichen einlesen) char zeichen; fin >> zeichen; Example (String einlesen) char buf[80]; fin >> buf;

49 24/34 Aus einer Datei lesen (Beispiel 2) Example (Einzelnes Zeichen einlesen) char zeichen; fin >> zeichen; Example (String einlesen) char buf[80]; fin >> buf; Example (Ganze Zeile einlesen) string zeile; getline(fin, zeile);

50 25/34 Datei Modi Datei Modus ios_base::in ios_base::out ios_base::app ios_base::trunc ios_base::ate ios_base::binary ios_base::nocreate ios_base::noreplace Bedeutung Datei lesend öffnen Datei schreibend öffnen Datei öffnen und Inhalt dranhängen Inhalt der Datei vorher löschen Datei öffnen und ans Ende springen Datei als Binärdatei öffnen Datei nur öffnen falls vorhanden Datei nur öffnen falls nicht vorhanden

51 26/34 Methode: open() Example (Open) ofstream myfile; string filename = "test.txt"; myfile.open(filename.c_str(), ios::out ios::app); Modi verbinden mit dem bitweise Oder Die Methode open() benötigt einen C-String, daher muss C++-String erst umgewandelt werden

52 27/34 Methode: eof() Jede Datei endet mit einem speziellen EOF-Zeichen EOF ist ein Akronym und steht für End Of File Die Methode eof() liefert true zurück falls das Ende der Datei erreicht ist, ansonsten false Example (Datei zeilenweise einlesen und ausgeben) // while (!fin.eof()) { } // string zeile; getline(fin, zeile); cout << zeile << endl;

53 28/34 Serialisierung ist die Abbildung von Daten oder Objekten in einer sequenziellen Form diese Form ermöglicht es die Daten abzuspeichern, zu laden oder über Netzwerk zu übertragen Einfachste Form der Serialisierung ist die Speicherung Byte für Byte Obacht Diese Form ist nicht kompatibel mit anderen Computersystemen (Little Endian, Big Endian)

54 Beispiel: Serialisierung von Objekten Example (Philosoph abspeichern) Student student; student.name = "Schopenhauer"; student.vorname = "Arthur"; student.mnr = 1234;

55 Beispiel: Serialisierung von Objekten Example (Philosoph abspeichern) Student student; student.name = "Schopenhauer"; student.vorname = "Arthur"; student.mnr = 1234; ofstream file;

56 Beispiel: Serialisierung von Objekten Example (Philosoph abspeichern) Student student; student.name = "Schopenhauer"; student.vorname = "Arthur"; student.mnr = 1234; ofstream file; file.open("testfile.bin", ios::binary);

57 Beispiel: Serialisierung von Objekten Example (Philosoph abspeichern) Student student; student.name = "Schopenhauer"; student.vorname = "Arthur"; student.mnr = 1234; ofstream file; file.open("testfile.bin", ios::binary); file.write((char*) (&student), sizeof(student));

58 29/34 Beispiel: Serialisierung von Objekten Example (Philosoph abspeichern) Student student; student.name = "Schopenhauer"; student.vorname = "Arthur"; student.mnr = 1234; ofstream file; file.open("testfile.bin", ios::binary); file.write((char*) (&student), sizeof(student)); file.close();

59 Beispiel: Deserialisierung von Objekten Example (Philosph einlesen) Student student;

60 Beispiel: Deserialisierung von Objekten Example (Philosph einlesen) Student student; ifstream file;

61 Beispiel: Deserialisierung von Objekten Example (Philosph einlesen) Student student; ifstream file; file.open("testfile.bin", ios::binary);

62 Beispiel: Deserialisierung von Objekten Example (Philosph einlesen) Student student; ifstream file; file.open("testfile.bin", ios::binary); file.read((char*) (&student), sizeof(student));

63 30/34 Beispiel: Deserialisierung von Objekten Example (Philosph einlesen) Student student; ifstream file; file.open("testfile.bin", ios::binary); file.read((char*) (&student), sizeof(student)); file.close(); cout << student.name << endl;

64 31/34 What could possibly go wrong? keine Rechte um Datei zu lesen oder zu schreiben Datei oder Verzeichnis existiert nicht die zu lesende Datei ist gar keine Datei (z.b. ein Ordner) Zu viele Dateien sind gleichzeitig geöffnet...

65 32/34 Fehlerbehandlung Example (Fehlerbehandlung bei Datei-Operationen) // if (!fin.is_open()) { } cerr << "Konnte Datei " << filename exit(1); << " nicht oeffnen" << endl; // code für file handling

66 32/34 Fehlerbehandlung Example (Fehlerbehandlung bei Datei-Operationen) // if (!fin.is_open()) { } Aber warum? cerr << "Konnte Datei " << filename exit(1); << " nicht oeffnen" << endl; // code für file handling Aber warum konnte die Datei nicht geöffnet werden?

67 33/34 Fehlerbehandlung mit Grund Example (Quelltext) #include <cstring> #include <cerrno> // if (!fin.is_open()) { cerr << "Konnte Datei " << filename << " nicht oeffnen: " << strerror(errno) << endl; exit(1); } // code für file handling

68 33/34 Fehlerbehandlung mit Grund Example (Quelltext) #include <cstring> #include <cerrno> // Inkludieren der Bibliothek <cerrno> zur Übersetzung der Fehlercodes in eine Fehlermeldung if (!fin.is_open()) { cerr << "Konnte Datei " << filename << " nicht oeffnen: " << strerror(errno) << endl; exit(1); } // code für file handling

69 33/34 Fehlerbehandlung mit Grund Example (Quelltext) #include <cstring> #include <cerrno> // Funktion strerror übersetzt anschließend den Fehlercode if (!fin.is_open()) { cerr << "Konnte Datei " << filename << " nicht oeffnen: " << strerror(errno) << endl; exit(1); } // code für file handling

70 33/34 Fehlerbehandlung mit Grund Example (Quelltext) #include <cstring> #include <cerrno> // Ausgabe $./programm if (!fin.is_open()) Datei 'foobar' konnte { nicht oeffnen: No such file or directory cerr << "Konnte Datei " << filename << " nicht oeffnen: " << strerror(errno) << endl; exit(1); } // code für file handling

71 34/34 Danke Fragen?