На этом шаге мы приведем иерархию классов библиотеки ввода-вывода и дадим краткую характеристику каждого класса .
В отличие от стандартной библиотеки (в которой находятся средства, например, для работы со строками, или математические функции), унаследованной компиляторами языка С++ от языка С, библиотека ввода-вывода С++ является не библиотекой функций, а библиотекой классов. Это первая "промышленная" библиотека классов, разработанная для распространения совместно с компиляторами. Именно эту библиотеку рекомендуют изучать, начиная знакомиться с принципами объектно-ориентированного программирования. Одним из базовых принципов ООП является предположение о том, что объекты "знают", что нужно делать при появлении обращения (сообщения) определенного типа, т.е. для каждого типа адресованного ему обращения объект имеет соответствующий механизм обработки. Если мы используем объект cout, представляющий выходной поток, то как уже неоднократно показано на примерах, для каждого из базовых типов (int, long, double, ...) этот объект cout выбирает соответствующую процедуру обработки и выводит значение в соответствующем виде. Объект cout не может перепутать и вывести, например, целое число в формате с плавающей точкой. От таких ошибок, которые были возможны в языках С или FORTRAN, когда программист сам определял форму внешнего представления, библиотека классов ввода-вывода хорошо защищена.
Библиотека потоковых классов построена на основе двух базовых классов: ios и streambuf. Класс streambuf обеспечивает буферизацию данных во всех производных классах, которыми явно или неявно пользуется программист. Обращаться к его методам и данным из прикладных программ обычно не нужно. Класс streambuf обеспечивает взаимодействие создаваемых потоков с физическими устройствами. Он обеспечивает производные классы достаточно общими методами для буферизации данных. Класс ios и производные классы содержат указатель на класс streambuf, но об этом можно до времени не вспоминать. Методы и данные класса streambuf программист явно обычно не использует. Этот класс нужен другим классам библиотеки ввода-вывода. Он доступен и программисту-пользователю для создания новых классов на основе уже существующего класса из iostream. Однако необходимость в построении таких производных классов возникает достаточно редко, и мы не будем рассматривать класс streambuf. Класс ios содержит компоненты (данные и методы), которые являются общими, как для ввода, так и для вывода.
При работе с потоковой библиотекой ввода-вывода программист обычно достаточно активно использует следующие классы:
- ios - базовый потоковый класс;
- istream - класс входных потоков;
- ostream - класс выходных потоков;
- iostream - класс двунаправленных потоков ввода-вывода;
- istrstream - класс входных строковых потоков;
- ostrstream - класс выходных строковых потоков;
- strstream - класс двунаправленных строковых потоков (ввода-вывода);
- ifstream - класс входных файловых потоков;
- ofstream - класс выходных файловых потоков;
- fstream - класс двунаправленных файловых потоков (ввода-вывода);
- constream - класс консольных выходных потоков.
Диаграмма взаимозависимости перечисленных классов изображена на рисунке 1. Следует отметить, что эта диаграмма потоковых классов упрощена. В реальной схеме присутствуют промежуточные классы и реализовано более сложное множественное наследование. Кроме того, программист, как упоминалось, обычно не учитывает наличия второго базового класса streambuf, и он не показан на схеме.
Рис.1. Упрощенная схема иерархии потоковых классов
Как наглядно видно из диаграммы классов, класс ios является базовым для классов ostream, istream, и опосредовано базовым для всех остальных потоковых классов. Все общие средства потоковых классов помещаются в класс ios. Например, при помощи методов и данных класса ios осуществляется управление процессом передачи символов из буфера и в буфер. При выполнении этих действий необходимы, например, сведения о нужном основании счисления (восьмеричное, десятичное, шестнадцатеричное), о точности представления вещественных чисел, и т.д. Класс ios содержит эти сведения, т.е. (методы) функции и данные, относящиеся к состояниям потоков и позволяющие менять их свойства.
Потоковые классы, их данные и методы становятся видимыми и доступными в программе, если в нее включен нужный заголовочный файл:
- iostream.h - для классов ios, istream, ostream, stream;
- strstrea.h - для классов istrstream, ostrstream, strstream;
- fstream.h - для классов ifstream, ofstream, fstream;
- constrea.h - для класса constream.
Так как класс ios является базовым для остальных потоковых классов, то включение в текст программы любого из заголовочных файлов strstrea.h, constrea.h или fstream.h автоматически подключает к программе файл iostream.h. Соответствующие проверки выполняются на этапе препроцессорной обработки.
В заключение перечислим отличительные особенности применения механизма потоков. Потоки обеспечивают:
- буферизацию при обменах с внешними устройствами;
- независимость программы от файловой системы конкретной операционной системы;
- контроль типов передаваемых данных;
- возможность удобного обмена для типов, определенных пользователем.
На следующем шаге мы более подробно остановимся на стандартных потоках ввода-вывода.
