Файловый ввод/вывод
Если программе необходимо работать с файлом, то следует включить в нее заголовочный файл fstream (который в свою очередь включает iostream):
#include <fstream>
Если файл будет использоваться только для вывода, мы определяем объект класса ofstream. Например:
ofstream outfile( "copy.out", ios::base::out );
Передаваемые конструктору аргументы задают имя открываемого файла и режим открытия. Файл типа ofstream может быть открыт либо – по умолчанию – в режиме вывода (ios_base::out), либо в режиме дозаписи (ios_base::app). Такое определение файла outfile2 эквивалентно приведенному выше:
// по умолчанию открывается в режиме вывода
ofstream outfile2( "copy.out" );
Если в режиме вывода открывается существующий файл, то все хранившиеся в нем данные пропадают. Если же мы хотим не заменить, а добавить данные, то следует открывать файл в режиме дозаписи: тогда новые данные помещаются в конец. Если указанный файл не существует, то он создается в любом режиме.
Прежде чем пытаться прочитать из файла или записать в него, нужно проверить, что файл был успешно открыт:
if ( ! outfile ) { // открыть файл не удалось
cerr << "не могу открыть "copy.out" для записи\n";
exit( -1 );
}
Класс ofstream является производным от ostream. Все определенные в ostream операции применимы и к ofstream. Например, инструкции
char ch = ' ';
outFile.put( '1' ).put( ')' ).put( ch );
outFile << "1 + 1 = " << (1 + 1) << endl;
выводят в файл outFile последовательность символов:
1) 1 + 1 = 2
Следующая программа читает из стандартного ввода символы и копирует их в стандартный вывод:
#include <fstream>
int main()
{
// открыть файл copy.out для вывода
ofstream outFile( "copy.out" );
if ( ! outFile ) {
cerr << "Не могу открыть 'copy.out' для вывода\n";
return -1;
}
char ch;
while ( cin.get( ch ) )
outFile.put( ch );
}
К объекту класса ofstream можно применять и определенные пользователем экземпляры оператора вывода. Данная программа вызывает оператор вывода класса WordCount из предыдущего раздела:
#include <fstream>
#include "WordCount.h"
int main()
{
// открыть файл word.out для вывода
ofstream oFile( "word.out" );
// здесь проверка успешности открытия ...
// создать и вручную заполнить объект WordCount
WordCount artist( "Renoir" );
artist.found( 7, 12 ); artist.found( 34, 18 );
// вызывается оператор <<(ostream&, const WordCount&);
oFile << artist;
}
Чтобы открыть файл только для чтения, применяется объект класса ifstream, производного от istream. Следующая программа читает указанный пользователем файл и копирует его содержимое на стандартный вывод:
#include <fstream>
#include <string>
int main()
{
cout << "filename: ";
string file_name;
cin >> file_name;
// открыть файл для ввода
ifstream inFile( file_name.c_str() );
if ( !inFile ) {
cerr << "не могу открыть входной файл: "
<< file_name << " -- аварийный останов!\n";
return -1;
}
char ch;
while ( inFile.get( ch ))
cout.put( ch );
}
Программа, показанная ниже, читает наш текстовый файл alice_emma, фильтрует его с помощью функции filter_string() (см. раздел 20.2.1, где приведены текст этой функции и содержимое файла), сортирует строки, удаляет дубликаты и записывает результат на стандартный вывод:
#include <fstream>
#include <iterator>
#include <vector>
#include <algorithm>
template <class InputIterator>
void filter_string( InputIterator first, InputIterator last,
string filt_elems = string("\",?."))
{
for ( ; first != last; first++ )
{
string::size_type pos = 0;
while (( pos = (*first).find_first_of( filt_elems, pos ))
!= string::npos )
(*first).erase( pos, 1 );
}
}
int main()
{
ifstream infile( "alice_emma" );
istream_iterator<string> ifile( infile );
istream_iterator<string> eos;
vector< string > text;
copy( ifile, eos, inserter( text, text.begin() ));
string filt_elems( "\",.?;:" );
filter_string( text.begin(), text.end(), filt_elems );
vector<string>::iterator iter;
sort( text.begin(), text.end() );
iter = unique( text.begin(), text.end() );
text.erase( iter, text.end() );
ofstream outfile( "alice_emma_sort" );
iter = text.begin();
for ( int line_cnt = 1; iter != text.end();
++iter, ++line_cnt )
{
outfile << *iter << " ";
if ( ! ( line_cnt % 8 ))
outfile << '\n';
}
outfile << endl;
}
После компиляции и запуска программа выводит следующее:
A Alice Daddy Emma Her I Shyly a
alive almost asks at beautiful bird blows but
creature fiery flight flowing hair has he her
him in is it like long looks magical
mean more no red same says she shush
such tell tells the there through time to
untamed wanting when wind
Объекты классов ofstream и ifstream разрешено определять и без указания имени файла. Позже к этому объекту можно присоединить файл с помощью функции-члена open():
ifstream curFile;
// ...
curFile.open( filename.c_str() );
if ( ! curFile ) // открытие успешно?
// ...
Чтобы закрыть файл (отключить от программы), вызываем функцию-член close():
#include <fstream>
const int fileCnt = 5;
string fileTabl[ fileCnt ] = {
"Melville", "Joyce", "Musil", "Proust", "Kafka"
};
int main()
{
ifstream inFile; // не связан ни с каким файлом
for ( int ix = 0; ix < fileCnt; ++ix )
{
inFile.open( fileTabl[ix].c_str() );
// ... проверить успешность открытия
// ... обработать файл
inFile.close();
}
}
Объект класса fstream ( производного от iostream) может открывать файл для ввода или
вывода. В следующем примере файл word.out сначала считывается, а затем записывается с помощью объекта типа fstream. Созданный ранее в этом разделе файл word.out содержит объект WordCount:
#include <fstream>
#include "WordCount.h"
int main()
{
WordCount wd;
fstream file;
file.open( "word.out", ios::in );
file >> wd;
file.close();
cout << "Прочитано: " << wd << endl;
// операция ios_base::out стерла бы текущие данные
file.open( "word.out", ios::app );
file << endl << wd << endl;
file.close();
}
Объект класса fstream может также открывать файл одновременно для ввода и вывода. Например, приведенная инструкция открывает файл word.out для ввода и дозаписи:
fstream io( "word.out", ios_base::in|ios_base::app );
Для задания нескольких режимов используется оператор побитового ИЛИ. Объект класса fstream можно позиционировать с помощью функций-членов seekg() или seekp(). Здесь буква g обозначает позиционирование для чтения (getting) символов (используется с объектом класса ofstream), а p – для записи (putting) символов (используется с объектом класса ifstream). Эти функции делают текущим тот байт в файле, который имеет указанное абсолютное или относительное смещение. У них есть два варианта:
// установить абсолютное смещение в файле
seekg( pos_type current_position )
// смещение от текущей позиции в том или ином направлении
seekg( off_type offset_position, ios_base::seekdir dir );
В первом варианте текущая позиция устанавливается в некоторое абсолютное значение, заданное аргументом current_position, причем значение 0 соответствует началу файла. Например, если файл содержит такую последовательность символов:
abc def ghi jkl
то вызов
io.seekg( 6 );
позиционирует io на шестой символ, т.е. на f. Второй вариант устанавливает указатель рабочей позиции файла на заданное расстояние от текущей, от начала файла или от его конца в зависимости от аргумента dir, который может принимать следующие значения:
В следующем примере каждый вызов seekg() позиционирует файл на i-ую запись:
for ( int i = 0; i < recordCnt; ++i )
readFile.ssekg( i * sizeof(Record), ios_base::beg );
С помощью первого аргумента можно задавать отрицательное значение. Переместимся на 10 байтов назад от текущей позиции:
readFile.seekg( -10, ios_base::cur );
Текущая позиция чтения в файле типа fstream возвращается любой из двух функций-членов tellg() или tellp(). Здесь 'p' означает запись (putting) и используется с объектом ofstream, а 'g' говорит о чтении (getting) и обслуживает объект ifstream:
// сохранить текущую позицию
ios_base::pos_type mark = writeFile.tellp();
// ...
if ( cancelEntry )
// вернуться к сохраненной позиции
writeFile.seekp( mark );
Если необходимо сместиться вперед от текущей позиции на одну запись типа Record, то можно воспользоваться любой из данных инструкций:
// эквивалентные вызовы seekg
readFile.seekg( readFile.tellg() + sizeof(Record) );
// данный вызов считается более эффективным
readFile.seekg( sizeof(Record), ios_base::cur );
Разберем реальный пример. Дан текстовый файл, нужно вычислить его длину в байтах и сохранить ее в конце файла. Кроме того, каждый раз при встрече символа новой строки требуется сохранить текущее смещение в конце файла. Вот наш текстовый файл:
abcd
efg
hi
j
Программа должна создать файл, модифицированный следующим образом:
abcd
efg
hi
j
5 9 12 14 24
Так выглядит первая попытка реализации:
#include <iostream>
#include <fstream>
main() {
// открыть файл для ввода и дозаписи
fstream inOut( "copy.out", ios_base::in|ios_base::app );
int cnt = 0; // счетчик байтов
char ch;
while ( inOut.get( ch ))
{
cout.put( ch ); // скопировать на терминал
++cnt;
if ( ch == '\n' ) {
inOut << cnt ;
inOut.put( ' ' ); // пробел
}
}
// вывести окончательное значение счетчика байтов
inOut << cnt << endl;
cout << "[ " << cnt << " ]" << endl;
return 0;
}
inOut – это объект класса fstream, связанный с файлом copy.out, открытым для ввода и дозаписи. Если файл открыт в режиме дозаписи, то все новые данные записываются в конец.
При чтении любого (включая пробельные) символа, кроме конца файла, мы увеличиваем переменную cnt на 1 и копируем прочитанный символ на терминал, чтобы вовремя заметить ошибки в работе программы.
Встретив символ новой строки, мы записываем текущее значение cnt в inOut. Как только будет достигнут конец файла, цикл прекращается. Окончательное значение cnt выводится в файл и на экран.
Программа компилируется без ошибок и кажется правильной. Но если подать на вход несколько фраз из романа “Моби Дик” Германа Мелвилла:
Call me Ishmael. Some years ago, never mind
how long precisely, having little or no money
in my purse, and nothing particular to interest
me on shore, I thought I would sail about a little
and see the watery part of the world. It is a
way I have of driving off the spleen, and
regulating the circulation.
то получим такой результат:
[ 0 ]
Программа не вывела ни одного символа, видимо, полагая, что файл пуст. Проблема в том, что файл открыт для дозаписи и потому позиционирован на конец. При выполнении инструкции
inOut.get( ch );
мы читаем конец файла, цикл while завершается и выводится значение 0.
Хотя мы допустили серьезную ошибку, исправить ее совсем несложно, поскольку причина понятна. Надо лишь перед чтением переустановить файл на начало. Это делается с помощью обращения:
inOut.seekg( 0 );
Запустим программу заново. На этот раз она печатает:
Call me Ishmael. Some years ago, never mind
[ 45 ]
Как видим, выводится лишь первая строка текста и счетчик для нее, а оставшиеся шесть строк проигнорированы. Ну что ж, исправление ошибок – неотъемлемая часть профессии программиста. А проблема опять в том, что файл открыт в режиме дозаписи. Как только мы в первый раз вывели cnt, файл оказался позиционирован на конец. При следующем обращении к get() читается конец файла, и цикл while снова завершается преждевременно.
Нам необходимо встать на ту позицию в файле, где мы были перед выводом cnt. Для этого понадобятся еще две инструкции:
// запомнить текущую позицию
ios_base::pos_type mark = inOut.tellg();
inOut << cnt << sp;
inOut.seekg( mark ); // восстановить позицию
После повторной компиляции программа выводит на экран ожидаемый результат. Но посмотрев на выходной файл, мы обнаружим, что она все еще не вполне правильна: окончательное значение счетчика есть на экране, но не в файле. Оператор вывода, следующий за циклом while, не был выполнен.
Дело в том, что inOut находится в состоянии “конец файла”, в котором операции ввода и вывода не
выполняются. Для решения проблемы необходимо сбросить это состояние с помощью функции-члена clear():
inOut.clear(); // обнулить флаги состояния
Окончательный вариант программы выглядит так:
#include <iostream>
#include <fstream>
int main()
{
fstream inOut( "copy.out", ios_base::in|ios_base::app );
int cnt=0;
char ch;
inOut.seekg(0);
while ( inOut.get( ch ))
{
cout.put( ch );
cnt++;
if ( ch == '\n' )
{
// запомнить текущую позицию
ios_base::pos_type mark = inOut.tellg();
inOut << cnt << ' ';
inOut.seekg( mark ); // восстановить позицию
}
}
inOut.clear();
inOut << cnt << endl;
cout << "[ " << cnt << " ]\n";
return 0;
}
Вот теперь – наконец-то! – все правильно. При реализации этой программы было необходимо явно сформулировать поведение, которое мы собирались поддержать. А каждое наше исправление было реакцией на выявившуюся ошибку вместо анализа проблемы в целом.
Упражнение 20.12
Пользуясь операторами вывода для класса Date, которые вы определили в упражнении 20.7, или для класса CheckoutRecord из упражнения 20.8 (см. раздел 20.4), напишите программу, позволяющую создать файл и писать в него.
Упражнение 20.13
Напишите программу для открытия и чтения файла, созданного в упражнении 20.12. Выведите содержимое файла на стандартный вывод.
Упражнение 20.14
Напишите программу для открытия файла, созданного в упражнении 20.12, для чтения и дозаписи. Выведите экземпляр класса Date или CheckoutRecord:
(a) в начало файла
(b) после второго из существующих объектов
(c) в конец файла
