что такое поток ввода вывода

Что такое поток ввода вывода

Один из основных механизмов, который делает программу полезной является ввод/вывод. Все языки программирования имеют такой механизм. Среди операторов и ключевых слов нет ввода/вывода. Потому что в языке С++ ввод/вывод реализован в виде библиотеки. И вообще многие механизмы, которые делают язык С++ таким мощным реализованы в библиотеках (стандартные, специализированные, персональные).

Вывод: Помещение (направление) данных в поток вывода осуществляется с помощью оператора cout

Можно определить операторы потокового ввода/вывода и для созданных абстрактных типов данных.

Ввод: Ввод данных из потока осуществляется аналогично с использованием обратного оператора >> (inserter):

Переменную любого временного типа можно ввести (считать) из потока:

Для использования стандартной библиотеки нужно включить ее описание в текст программы. Это делается с помощью директивы препроцессору #include.

#include // подключение стандартной библиотеки
using namespace std; // объявление об использовании стандартного пространства имен

void main() // функция main
<
cout

Форматированный ввод/вывод

Примеры, которые приводились выше и ввод/вывод, который вы использовали на практических занятиях до сих пор, обычно называют неформатированным выводом.

Часто программисту нужно более детализированное управление. Управление осуществляется для каждого потока отдельно, т.е. если вы определили какой-то формат для потока ввода, то на поток вывода он не подействует. Более того, управление влияет только на следующее выводимое значение.

Управление можно организовать используя манипуляторы потока, которые вставляются между объектами (записываемыми или читаемыми) и тем самым изменяют состояние потока (формат вывода значений):

для вывода целых чисел

dec; // устанавливает десятичную систему счисления
hex; // устанавливает шестнадцатеричную систему счисления
oct; // устанавливает восьмеричную систему счисления
setbase(int b); // вывод целых чисел в системе счисления с основанием b(10,8. )
show base; // показывает основание системы счисления

для вывода чисел с плавающей точкой

float f=1234.56789;
cout

для вывода логических переменных

Дополнительно можно определить ширину вывода переменных в количестве символов:

setw(int n); // если строка или число длиннее, то будут выведены все setw(0)

А также задать символ для заполнения

Можно определить место размещения заполнителей. По умолчанию как видите заполнители размещаются до значения. Это аналогично записи:

endl; // заканчивается строка, т.е. вставляется символ ‘\n’
ends; // заканчивается строка записью ‘ ‘
flush; // очистка буфера потока

Это лишь основные манипуляторы, которые вы можете использовать для форматирования. С остальными познакомьтесь самостоятельно:

Файловые потоки

Для первых программ стандартных потоков ввода/вывода будет достаточно, но по мере усложнения программ не обойтись без работы с файлом, которая в С++ осуществляется так же на основе механизма потоков.

void main()
<
ifstream inputfile(«z:\data.txt»); // создается поток ввода из файла
inputfile>>x; // все то же самое что и для cin
ofstream outputfile(«z:\res.txt»); // создается поток вывода в файл
outputfile

По умолчанию ввод и вывод данных в поток осуществляется в текстовом режиме. Для того, чтобы данные выводились в двоичном режиме следует использовать следующую запись:

По умолчанию файл открываемый для вывода создается (если он создан), а если существует, то очищается. Для того чтобы открыть файл для добавления:

Можно создать файловый поток, который запускает и ввод и вывод:

Источник

Урок №207. Потоки ввода и вывода

Обновл. 15 Сен 2021 |

Функционал потоков ввода/вывода не определен как часть языка C++, а предоставляется Стандартной библиотекой C++ (и, следовательно, находится в пространстве имен std). На предыдущих уроках мы подключали заголовочный файл библиотеки iostream и использовали объекты cin и cout для простого ввода/вывода данных. На этом уроке мы детально рассмотрим библиотеку iostream.

Библиотека iostream

При подключении заголовочного файла iostream, мы получаем доступ ко всей иерархии классов библиотеки iostream, отвечающих за функционал ввода/вывода данных (включая класс, который называется iostream). Иерархия этих классов выглядит примерно следующим образом:

Первое, что вы можете заметить в этой иерархии — множественное наследование (то, что на самом деле не рекомендуется использовать). Тем не менее, библиотека iostream была разработана и тщательно протестирована соответствующим образом, дабы избежать типичных ошибок, которые возникают при работе с множественным наследованием, поэтому вы можете спокойно использовать эту библиотеку.

Потоки в С++

Второе, что вы могли бы заметить — это частое использование слова «stream» (т.е. «поток»). По сути, ввод/вывод в языке C++ реализован с помощью потоков. Абстрактно, поток — это последовательность символов, к которым можно получить доступ. Со временем поток может производить или потреблять потенциально неограниченные объемы данных.

Мы будем иметь дело с двумя типами потоков. Поток ввода (или «входной поток») используется для хранения данных, полученных от источника данных: клавиатуры, файла, сети и т.д. Например, пользователь может нажать клавишу на клавиатуре в то время, когда программа не ожидает ввода. Вместо игнорирования нажатия клавиши, данные помещаются во входной поток, где затем ожидают ответа от программы.

И наоборот, поток вывода (или «выходной поток») используется для хранения данных, предоставляемых конкретному потребителю данных: монитору, файлу, принтеру и т.д. При записи данных на устройство вывода, это устройство может быть не готовым принять данные немедленно. Например, принтер все еще может прогреваться, когда программа уже записывает данные в выходной поток. Таким образом, данные будут находиться в потоке вывода до тех пор, пока принтер не начнет их использовать.

Некоторые устройства, такие как файлы и сети, могут быть источниками как ввода, так и вывода данных.

Хорошая новость заключается в том, что программисту не нужно знать детали взаимодействия потоков с разными устройствами и источниками данных, ему нужно только научиться взаимодействовать с этими потоками для чтения и записи данных.

Ввод/вывод в C++

Класс istream используется для работы с входными потоками. Оператор извлечения >> используется для извлечения значений из потока. Это имеет смысл: когда пользователь нажимает на клавишу клавиатуры, код этой клавиши помещается во входной поток. Затем программа извлекает это значение из потока и использует его.

Класс ostream используется для работы с выходными потоками. Оператор вставки используется для помещения значений в поток. Это также имеет смысл: вы вставляете свои значения в поток, а затем потребитель данных (например, монитор) использует их.

Класс iostream может обрабатывать как ввод, так и вывод данных, что позволяет ему осуществлять двунаправленный ввод/вывод.

Стандартные потоки в C++

Стандартный поток — это предварительно подключенный поток, который предоставляется программе её окружением. Язык C++ поставляется с 4-мя предварительно определенными стандартными объектами потоков, которые вы можете использовать (первые три вы уже встречали):

Небуферизованный вывод обычно обрабатывается сразу же, тогда как буферизованный вывод обычно сохраняется и выводится как блок. Поскольку clog используется редко, то его обычно игнорируют.

Пример на практике

Вот пример использования ввода/вывода данных со стандартными потоками:

Источник

Стандартные потоки ввода/вывода

Материал из Xgu.ru

Стандартные потоки ввода и вывода в UNIX/Linux наряду с файлами являются одним из наиболее распространённых средств для обмена информацией процессов с внешним миром, а перенаправления >, >> и |, одной из самых популярных конструкций командного интерпретатора.

На этой странице рассматриваются как базовые вопросы использования потоков ввода/вывода, так и тонкости и хитрости, например, почему не работает echo text | read ver и многие другие.

Содержание

[править] Потоки и файлы

Процесс взаимодействия с пользователем выполняется в терминах записи и чтения в файл. То есть вывод на экран представляется как запись в файл, а ввод — как чтение файла. Файл, из которого осуществляется чтение, называется стандартным потоком ввода, а в который осуществляется запись — стандартным потоком вывода.

Стандартные потоки — воображаемые файлы, позволяющие осуществлять взаимодействие с пользователем как чтение и запись в файл. Кроме потоков ввода и вывода, существует еще и стандартный поток ошибок, на который выводятся все сообщения об ошибках и те информативные сообщения о ходе работы программы, которые не могут быть выведены в стандартный поток вывода.

Стандартные потоки привязаны к файловым дескрипторам с номерами 0, 1 и 2.

Вывод данных на экран и чтение их с клавиатуры происходит потому, что по умолчанию стандартные потоки ассоциированы с терминалом пользователя. Это не является обязательным — потоки можно подключать к чему угодно — к файлам, программам и даже устройствам. В командном интерпретаторе bash такая операция называется перенаправлением.

Использовать файл как источник данных для стандартного потока ввода. > файл Направить стандартный поток вывода в файл. Если файл не существует, он будет создан; если существует — перезаписан сверху. 2> файл Направить стандартный поток ошибок в файл. Если файл не существует, он будет создан; если существует — перезаписан сверху. >>файл Направить стандартный поток вывода в файл. Если файл не существует, он будет создан; если существует — данные будут дописаны к нему в конец. 2>>файл Направить стандартный поток ошибок в файл. Если файл не существует, он будет создан; если существует — данные будут дописаны к нему в конец. &>файл или >&файл Направить стандартный поток вывода и стандартный поток ошибок в файл. Другая форма записи: >файл 2>&1. >&- Закрыть поток вывода перед вызовом команды (спасибо [1]); 2>&- Закрыть поток ошибок перед вызовом команды (спасибо [2]); cat

Весь текст между блоками EOF (в общем случае вместо EOF можно использовать любое слово) будет выведен на экран. Важно: перед последним EOF не должно быть пробелов! (heredoc синтаксис).

EOF Аналогично, но только для одной строки (для bash версии 3 и выше)

Пример. Эта команда объединяет три файла: header, body и footer в один файл letter:

Команда cat по очереди выводит содержимое файлов, перечисленных в качестве параметров на стандартный поток вывода. Стандартный поток вывода перенаправлен в файл letter.

Здесь используется сразу перенаправление стандартного потока ввода и стандартного потока вывода:

Программа sort сортирует данные, поступившие в стандартный поток ввода, и выводит их на стандартный поток вывода. Стандартный поток ввода подключен к файлу unsortedlines, а выход записывается в sortedlines.

Здесь перенаправлены потоки вывода и ошибок:

Программа find ищет в каталоге /home файлы с суффиксом .rpm. Список найденных файлов записывается в файл rpmlist. Все сообщения об ошибках удаляются. Удаление достигается при помощи перенаправления потока ошибок на устройство /dev/null — специальный файл, означающий ничто. Данные, отправленные туда, безвозвратно исчезают. Если же прочитать содержимое этого файла, он окажется пуст.

Для того чтобы лучше понять, что потоки работают как файлы, рассмотрим такой пример:

Программа cat запускается для записи данных в файл /tmp/fff. Он запускается в фоне (&), и получает номер работы 1 ([1]). Процесс этой программы имеет номер 28378.

Информация о процессе 28738 находится в каталоге /proc/28738 специальной псевдофайловой системы /proc. В частности, в подкаталоге /proc/28738/fd/ находится список файловых дескрипторов для открытых процессом файлов.

Здесь видно, что стандартный поток ввода (0), и стандартный поток ошибок (2) процесса подключены на терминал, а вот стандартный поток вывода (1) перенаправлен в файл.

Завершить работу программы cat можно командой kill %1.

Командный интерпретатор — это тоже процесс. И у него есть стандартные потоки ввода и вывода. Если интерпретатор работает в интерактивном режиме, то они подключены на консоль (вывода на экран; чтение с клавиатуры). Можно обратиться напрямую к этим потокам изнутри интерпретатора:

Например, здесь видно, что потоки ссылаются в конечном итоге на файл-устройство терминала, с которым работает интерпретатор:

[править] Каналы

Стандартные потоки можно перенаправлять не только в файлы, но и на вход других программ. Если поток вывода одной программы соединить с потоком ввода другой программы, получится конструкция, называемая каналом, конвейером или пайпом (от англ. pipe, труба).

В bash канал выглядит как последовательность команд, отделенных друг от друга символом |:

Стандартный поток вывода команды1 подключается к стандартному потоку ввода команды2, стандартный поток вывода команды2 в свою очередь подключается к потоку ввода команды3 и т.д.

В UNIX/Linux существует целый класс команд, предназначенных для преобразования потоков данных в каналах. Такие программы известны как фильтры. Программа-фильтр читает данные, поступающие со стандартного потока ввода (на вход), преобразовывает их требуемым образом и выводит на стандартный поток вывода (на выход). Существует множество хорошо известных фильтров, призванных решать определенные задачи, и являющихся незаменимым инструментом в руках пользователя ОС.

Каналы в ОС Linux являются одной из наиболее часто применяемых конструкций, а фильтры — наиболее часто применяемых программ. Большинство повседневных задач в Linux легко решаются при помощи конструкций построенных на основе нескольких фильтров.

Программы, образующие канал, выполняются параллельно как независимые процессы.

Можно создавать ответвление в каналах. Команда tee позволяет сохранять данные, передающиеся в канале:

Программа tee копирует данные, поступающие на стандартный поток ввода, в указанные в качестве аргументов команды файлы, и передает данные на стандартный поток вывода.

Рассмотренный ниже пример: сортируется файл unsortedlines и результат записывается в sortedlines.

Команда выполняет те же действия, но запись является более наглядной.

Вот пример посложнее. Вывести название и размер пользовательского каталога, занимающее наибольшее место на диске.

Программа du, при вызове ее с ключом -s, сообщает суммарный объем каждого каталога или файла, перечисленного в ее параметрах.

Ключ -n команды sort означает, что сортировка должна быть арифметической, т.е. строки должны рассматриваться как числа, а не как последовательности символов (Например, 12>5 в то время как строка ’12’ [править] Программы фильтры

В UNIX/Linux существует целый класс команд, которые принимают данные со стандартного потока ввода, каким-то образом обрабатывают их, и выдают результат на стандартный поток вывода. Такие программы называются программами-фильтрами.

Как правило, все эти программы работают как фильтры, если у них нет аргументов (опции могут быть), но как только им в качестве аргумента передаётся файл, они считывают данные из этого файла, а не со стандартного потока ввода (существуют и исключения, например, программа tr, которая обрабатывает данные поступающие исключительно через стандартный поток ввода).

[править] Переменные командного интерпретатора и потоки

Для того чтобы вывести содержимое переменной командного интерпретатора на стандартный поток вывода, используется команда echo:

На стандартный поток ошибок данные можно передать с помощью перенаправления:

Содержимое переменной (или любой другой текст) поступят не на стандартный поток вывода, а на стандартный поток ошибок.

Считать данные со стандартного потока ввода внутрь одной или нескольких переменных можно при помощи команды read:

Строка из стандартного потока ввода считается внутрь переменной VAR.

Если указать несколько переменных, то в первую попадёт первое слово; во вторую — второе слово; в последнюю — всё остальное.

Если прочитать данные со стандартного потока ввода не удалось, то команда read возвращает код завершения отличный от нуля. Это позволяет использовать read, например, в такой конструкции:

В этом примере read считывает строки из файла users, и для каждой прочитанной строки вызывается команда useradd, которая добавляет пользователя в системе. В результате: создаются учётные записи пользователей, имена которых перечислены в файле users.

Переменная user после выхода из цикла остаётся в том же виде, в каком она была до входа в цикл (а не содержит последнее значение файла, как можно было бы предположить). Это связано с тем, что для обработки while, на вход которому направлен канал, порождается дочерний интерпретатор, и модификация переменной происходит внутри него.

[править] Именованные каналы

Безымянный канал можно построить только между процессами, которые порождены от одного процесса (и на практике они должны быть порождены одновременно, а не последовательно, хотя теоретически это не обязательно). Если же процессы имеют разных родителей, то между ними обычный, безымянный канал построить не получится.

Например, в данном случае d и e, и f и g легко могут быть соединены при помощи канала, но e и f соединить с помощью канала не получится.

Для решения этой задачи используются именованные каналы fifo (first in, first out). Они во всём повторяют обычные каналы (pipe), только имеют привязку к файловой системе. Создать именованный канал можно командой mkfifo:

Созданный канал можно использовать для соединения процессов между собой. Например, эти перенаправления будут работать одинаково:

(здесь f и g — процессы из вышеуказанной иерархии процессов). Процессы f и g имеют общего предка. А вот для процессов e и g, не связанных между собой, обычный канал использовать не получится, только именованный:

[править] Потоки ввода/вывода и терминал

Большинство программ, которые работают с потоками ввода и вывода, работают с ними как с простыми файлами, и не рассчитывают на то, что поток подключен к терминалу. Но не все. Если потоки ввода/вывода отключаются от терминала и перенаправляются в файл, часть возможностей программы может пропасть.

Например, если командный интерпретатор отвязать от терминала, то у него потеряется множество интерактивных возможностей:

Например, возможности прокручивать историю команд у него теперь нет. Возможности по редактированию теперь тоже сильно урезаны. Фактически, редактирование команды теперь выполняется уже с помощью программы cat, которая держит терминал, а интерпретатору поступают уже полностью введённые команды.

Проверить, подключен ли наш стандартный поток к терминалу, или он перенаправлен в файл, можно при помощи test, ключ -t:

[править] Подстановка процесса

Есть хитрый трюк, который в чистом виде перенаправлением потока ввода/вывода не является, но имеет к нему отношение — подстановка процесса. Результат выполнения процесса можно представить в виде воображаемого файла и передать его другому процессу.

При таком вызове процессу команда1 передаётся файл (созданный налету канал или файл /dev/fd/. ), в котором находятся данные, которые выводит команда2.

Например, у вас есть два файла с различными словами по одному в строке. Вы хотите определить, какие из них встречаются в одном файле, но не встречаются во втором. И наоборот.

Получается, что в первом файле присутствует слово, которое отсутствует во втором (слово b).

[править] Перенаправление вывода скрипта

Потоки ввода/вывода скрипта, исполняющегося сейчас, изнутри самого скрипта можно следующим образом:

[править] Поменять местами стандартный поток вывода и стандартный поток ошибок

[править] Просмотр прогресса и скорости обработки данных в потоке

Если пропустить данные, передающиеся в канале, через программу pv, то будет видна скорость обработки, время в течение которого работает канал и, если известно сколько данных должно быть обработано, приблизительное время окончания выполнения.

Источник

Что такое поток ввода вывода

Начиная разговор о потоках ввода-вывода, в первую очередь я бы хотел, чтобы вы увидели главную задачу — программа должна иметь возможность передать данные кому-то еще. Еще раз — современная программа не существует в вакууме, в сегодняшних условиях подавляющее большинство программ требует интеграции с другими. Интеграция всегда подразумевает передачу данных. Т.е. одна программа как-то передает данные в другую.
Нам, как программистам,. нужен некий механизм ПЕРЕДАЧИ данных.

Дальше уже идет специализация — каким образом это можно сделать. На сегодня основных вариантов три:

Конечно же есть внешние устройства, которые подключаются, например, по USB, COM-порту или как-то еще. И для них тоже требуется передача данных. Хотя нередко для таких устройств операционная система может предложить некое подобие работы с файловой системой.

Это конечно же исключительно мои догадки, но мне кажется, что разработчики Java думали как-то так, когда создавали библиотеку для передачи данных. Основой для них стало понятие ПОТОКА данных.

Причем, что на мой взгляд, важно отметить — ПОТОК данных предполагает, что среда переноса данных может быть разная. Это файловая система, по сути контроллер жесткого диска. Или это сетевая карта, в которую (или из которой) записываются (читаются) байты. Во всех случаях, по сути, вы должны записать/считать байт по определенному адресу. Дальше в дело вступает электроника — вы записали байт по адресу, контроллер той же сетевой карты отправит это байт в сеть, где контроллер сетевой карты на другом компьютере поместит этот байт по определенному адресу, который будет доступен для чтения.

Таким образом можно рассматривать механизм потоков, как инструмент. С помощью которого вы как-бы подключаетесь к источнику данных (в случае чтения) или приемнику данных (в случае записи) и после подключения вам просто надо либо читать оттуда, либо писать.туда.
Мне почему-то всегды было удобно видеть это как некоторую “трубу”, с одной стороны которой мой код, а с другой стороны все, что может принимать (или порождать) набор байтов. Я просто “заливаю” в эту трубу байты. А как они там на другом конце трубы попадают в приемник — не мое дело. Я просто использую “трубы” под каждый вид приемника — для файла, для сети.

Еще крайне интересным моментов является возможность “соединять” разные потоки. Чуть позже мы увидим практическое воплощение этой идеи.
Если создать образное представление, то вы можете использовать трубу, которая например окрашивает воду, которая проходит через нее, в другой цвет. Или фильтрует. Или насыщает какими-то добавками. И на конец этой трубы вы “прикрепляете” трубу в другими возможностями. Вода (или байты) проходя по этим трубам, трансформируется.
Если смогли представить, то будет здОрово, если не получается — ничего страшного. Надеюсь, что дальнейшие примеры позволят вам это увидеть.

Типы потоков

По направлению движения данных потоки можно разделить на две группы:

Основной функцией для потоков ввода является метод read в нескольких модификациях, которые мы рассмотрим позже. Разница для InputStream и Reader состоит только в том, что первый читает байты (byte), а второй — символы (char).
Вполне логично вытекает название основного метода для классов OutputStream и Writer — метод write. Тоже в нескольких модификациях.

Основные действия с потоком

Схема работы с потоком в упрощенном виде выглядит так:

Источник