Потоки

10.4 Форматирование

Все примеры из 10.2 содержали неформатированный вывод, который являлся преобразованием объекта в последовательность символов, задаваемую стандартными правилами, длина которой также определяется этими правилами. Часто программистам требуются более развитые возможности. Так, возникает потребность контролировать размер памяти, необходимой для операции вывода, и формат, используемый для выдачи чисел. Точно так же допустимо управление некоторыми аспектами ввода.

10.4.1 Класс ios

Большинство средств управления вводом-выводом сосредоточены в классе ios, который является базовым для ostream и istream. По сути здесь находится управление связью между istream или ostream и буфером, используемым для операций ввода-вывода. Именно класс ios контролирует, как символы попадают в буфер и как они выбираются оттуда. Так, в классе ios есть член, содержащий информацию об используемой при чтении или записи целых чисел системы счисления (десятичная, восьмеричная или шестнадцатеричная), о точности вещественных чисел и т.п., а также функции для проверки и установки значений переменных, управляющих потоком.

class ios {
    //...
public:
    ostream* tie(ostream* s);   // связать input и output
    ostream* tie();             // возвратить "tie"

int width(int w);               // установить поле width
int width() const;

char fill(char);                // установить символ заполнения
char fill() const;              // вернуть символ заполнения

long flags(long f);
long flags() const;

long setf(long setbits, long field);
long setf(long);
long unsetf(long);

int precision(int);             // установить точность для float
int precision() const;
int rdstate(); const;          // состояния потоков, см. 10.3.2
int eof() const;
int fail() const;
int bad() const;
int good() const;
void clear(int i=0);

//...
             };

В 10.3.2 описаны функции, работающие с состоянием потока, остальные приведены ниже.

10.4.1.1 Связывание потоков

Функция tie() может установить и разорвать связь между ostream и istream. Рассмотрим пример:

main()
{
  String s;
  cout << "Password: ";
  cin >> s;
  // ...
 }

Как можно гарантировать, что приглашение Password: появится на экране прежде, чем выполнится операция чтения? Вывод в cout и ввод из cin буферизуются, причем независимо, поэтому Password: появится только по завершении программы, когда закроется буфер вывода.

Решение состоит в том, чтобы связать cout и cin с помощью операции cin.tie(cout).

Если ostream связан с потоком istream, то буфер вывода выдается при каждой операции ввода над istream. Тогда операции

cout << "Password: ";
cin >> s;

эквивалентны

cout << "Password: ";
cout.flush();
cin >> s;

Обращение is.tie(0) разрывает связь между потоком is и потоком, с которым он был связан, если такой был. Подобно другим потоковым функциям, устанавливающим определенное значение, tie(s) возвращает предыдущее значение, т.е. значение связанного потока перед обращением или 0. Вызов без параметра tie() возвращает текущее значение.

10.4.1.2 Поля вывода

Функция width() устанавливает минимальное число символов, использующееся в последующей операции вывода числа или строки. Так в результате следующих операций

cout.width(4);
cout << '(' << 12 << ')';

получим число 12 в поле размером 4 символа, т.е.

(12)

Заполнение поля заданными символами или выравнивание можно установить с помощью функции fill(), например:

cout.width(4);
cout.fill('#');
cout << '(' << "ab" << ')';

напечатает

###(ab)

По умолчанию поле заполняется пробелами, а размер поля по умолчанию есть 0, что означает "столько символов, сколько нужно". Вернуть размеру поля стандартное значение можно с помощью вызова

cout.width(0); // ``столько символов, сколько надо''

Функция width() задает минимальное число символов. Если появится больше символов, они будут напечатаны все, поэтому

cout.width(4);
cout << '(' << "121212" << ")\n";

напечатает

(121212)

Причина, по которой разрешено переполнение поля, а не усечение вывода, в том, чтобы избежать зависания при выводе. Лучше получить правильную выдачу, выглядящую некрасиво, чем красивую выдачу, являющуюся неправильной.

Вызов width() влияет только на одну следующую за ним операцию вывода, поэтому

cout.width(4);
cout.fill('#');
cout << '(' << 12 << "),(" << '(' <<12 << ")\n";

напечатает

(##12),((12)

а не

(##12),(##12)

как можно было бы ожидать. Однако, заметьте, что если бы влияние распространялось на все операции вывода чисел и строк, получился бы еще более неожиданный результат:

(##12#),(##12#
)

С помощью стандартного манипулятора, показанного в 10.4.2.1, можно более элегантно задавать размера поля вывода.

10.4.1.3 Состояние формата

В классе ios содержится состояние формата, которое управляется функциями flags() и setf(). По сути эти функции нужны, чтобы установить или отменить следующие флаги:

class ios {
public:
       // управляющие форматом флаги:
   enum {
       skipws=01,          // пропуск обобщенных пробелов для input
       // поле выравнивания:
       left=02,            // добавление перед значением
       right=04,           // добавление после значения
       internal=010,       // добавление между знаком и значением
       // основание целого:
       dec=020,            // восьмеричное
       oct=040,            // десятичное
       hex=0100,           // шестнадцатеричное
       showbase=0200,      // показать основание целого
       showpoint=0400,     // выдать нули в конце
       uppercase=01000,    // 'E', 'X' , а не 'e', 'x'
       showpos=02000,      //  '+' для положительных чисел
       // запись числа типа float:
       scientific=04000,   // .dddddd Edd
       fixed=010000,       // dddd.dd
       // сброс в выходной поток:
       unitbuf=020000,     // после каждой операции
       stdio=040000        // после каждого символа
    };
    //...
};

Смысл флагов будет разъяснен в последующих разделах. Конкретные значения флагов зависят от реализации и даны здесь только для того, чтобы избежать синтаксически неверных конструкций.

Определение интерфейса как набора флагов и операций для их установки или отмены - это оцененный временем, хотя и несколько устаревший прием. Основное его достоинство в том, что пользователь может собрать воедино набор флагов, например, так:

const int my_io_options =
   ios::left|ios::oct|ios::showpoint|ios::fixed;

Такое множество флагов можно задавать как параметр одной операции

cout.flags(my_io_options);

а также просто передавать между функциями одной программы:

void your_function(int ios_options);

void my_function()
{
   // ...
  your_function(my_io_options);
  // ...
}

Множество флагов можно установить с помощью функции flags(), например:

void your_function(int ios_options)
{
 int old_options = cout.flags(ios_options);
 // ...
 cout.flags(old_options);  // reset options
 }

Функция flags() возвращает старое значение множества флагов. Это позволяет переустановить значения всех флагов, как показано выше, а также задать значение отдельному флагу. Например вызов

myostream.flags(myostream.flags()|ios::showpos);

заставляет класс myostream выдавать положительные числа со знаком + и, в то же время, не меняет значения других флагов. Получается старое значение множества флагов, к которому добавляется с помощью операции | флаг showpos. Функция setf( ) делает то же самое, поэтому эквивалентная запись имеет вид

myostream.setf(ios::showpos);

После установки флаг сохраняет значение до явной отмены.

Все-таки управление вводом-выводом с помощью установки и отмены флагов - грубое и ведущее к ошибкам решение. Если только вы тщательно не изучите свое справочное руководство и не будете применять флаги только в простых случаях, как это делается в последующих разделах, то лучше использовать манипуляторы (описанные в 10.4.2.1). Приемы работы с состоянием потока лучше изучить на примере реализации класса, чем изучая интерфейс класса.