Последовательный двоичный файловый ввод/вывод

Stream-библиотека C++ имеет перегруженные потоковые функции-элементы write и read для последовательного двоичного файлового ввода/вывода. Функция write посылает ряд байт в выходной поток. Эта функция может записывать любую переменную или экземпляр в поток.

Функция-элемент write

Прототип перегруженной функции-элемента:

ostream& write(const char* buff, int num);

ostream& write(const signed char* buff, int num);

ostream& write(const unsigned char* buff, int num);

Параметр buff - это указатель на буфер, содержащий данные, которые будут посылаться в выходной поток. Параметр num указывает число байт в буфере, которые передаются в этот поток.

Пример 4.

const MAX = 80;

char buff[MAX+1] = "Hello World!";

int len = strlen (buff) + 1;

fstream f;

f.open("CALC.DAT", ios::out | ios::binary);

f.write((const unsigned char*) &len, sizeof(len));

f.write((const unsigned char*) buff, len);

f.close();

В этом примере открывается файл CALC.DAT, записывается целое, содержащее число байт в строке и записывается сама строка перед тем, как файл закрывается.

Функция read считывает некоторое количество байт из входного потока. Эта функция может считывать любую переменную или экземпляр из потока.

Функция-элемент read

Прототип перегруженной функции-элемента read:

ostream& read(char* buff, int num);

ostream& read(signed char* buff, int num);

ostream& read(unsigned char* buff, int num);

Параметр buff - это указатель на буфер, который принимает данные из входного потока. Параметр num указывает число считываемых из потока байт.

Пример 5.

const MAX = 80;

char buff [MAX+1];

int len;

fstream f;

f.open("CALC.DAT", ios::in | ios::binary);

f.read((unsigned char*) &len, sizeof(len));

f.read((unsigned char*) buff, len);

f.close();

В этом примере считывается информация, записанная в предыдущем примере.

Рассмотрим пример, выполняющий последовательный двоичный потоковый ввод/вывод. В листинге 10.2 представлен исходный код программы ARRAY.CPP. Эта программа объявляет класс, который моделирует численный динамический массив. Операции ввода/вывода позволяют программе читать и писать как отдельные элементы массива, так и целый массив в двоичный файл. Эта программа создает массивы arr1, arr2 и аrrЗ, а затем выполняет следующие задачи:

- Присваивает значения элементам массива arr1. (Этот массив имеет 10 элементов).

- Присваивает значения элементам массива аrrЗ. (Этот массив имеет 20 элементов).

- Отображает значения массива arr1.

- Записывает элементы массива arr1 в файл ARRAY1.DAT (по одному за операцию).

- Читает элементы массива arr1 из этого файла в массив arr2 (по одному за операцию). (Массив arr2 имеет 10 элементов, то есть он одного размера с массивом arr1).

- Отображает элементы массива arr2.

- Отображает элементы массива аrrЗ.

- Записывает элементы массива аrrЗ в файл ARRAY3.DAT, все сразу.

- Читает (все сразу) данные из файла ARRAY3.DAT и сохраняет их в массиве arr1.

- Отображает значения массива arr1. (Выход показывает, что массив arr1 имеет тот же размер, что и массив arr3).

Листинг 10.2. Исходный код программы ARRAY.CPP

// C++ демонстрация последовательного двоичного

// ввода/вывода

Программа листинга 10.2 объявляет версию класса Array, который похож на приводимый в главе 8 в листинге 8.2. Основное отличие в том, что здесь мы использовали operator[ ] для замены и функции store, и recall. Эта операция проверяет правильность указания индекса и возвращает значение в badIndex, если аргумент выходит за диапазон массива. В дополнение к operator[ ] мы добавили функции-элементы writeElem, readElem, writeArray и readArray для выполнения последовательного двоичного файлового ввода/вывода. Мы также добавили функции resize и getPrt как вспомогательные функции соответственно для изменения размера массива и для возвращения указателя на соответствующий элемент массива.

Обратите внимание также на копирующий конструктор в строке 29, и особенно на то, что он действительно ничего не определяет. Это - прием, который может быть использован для защиты других функций или классов от их автоматического копирования, когда вы знаете, что это плохо (в этом случае потому, что используются динамические данные, содержимое которых необходимо копировать).

Функция writeElem, определенная в строках с 43 по 49, записывает одиночные элементы массива в выходной поток. Параметр os представляет выходной поток. Параметр index определяет элемент массива для записи. Функция writeElem возвращает true, если индекс правильный и если операция по выводу осуществляется без ошибок. После того, как writeElem записывает элемент массива, внутренний указатель потока продвигается в следующее положение.

Функция readElem, определяемая в строках с 51 по 57, считывает одиночный элемент массива из входного потока. Параметр Is представляет входной поток. Параметр index определяет индекс элемента массива для чтения. Эта функция возвращает true, если индекс массива правильный и если операция по вводу осуществляется без ошибок. После того, как readElem считывает элемент массива, внутренний указатель потока продвигается в следующее положение.

Функции writeElem и readElem позволяют экземпляру класса соответственно писать и читать элементы данных из различных потоков.

Функция writeArray, определенная в строках с 59 по 69, записывает все элементы массива в двоичный файл. Параметр filename определяет имя выходного файла. Функция открывает выходной поток и записывает значение элемента класса size, а затем и элементы динамического массива. Функция writeArray возвращает true, если массив в поток записан успешно. Иначе она возвращает false. Эта функция открывает локальный выходной поток, используя потоковую функцию open и передавая ей имя файла и режим ввода/вывода. Режим ввода/вывода представляет собой выражение ios::out|ios::binary, которое определяет, что поток открывается только для вывода двоичных записей. Эта функция дважды вызывает потоковую функцию write - первый раз для записи компонента класса size, второй - для записи элементов динамического массива.

Функция readArray, определенная в строках с 71 по 83, читает все элементы массива из двоичного файла. Параметр filename определяет имя входного файла. Функция открывает входной поток и считывает значение компонента класса size, а затем считывает элементы динамического массива. Функция readArray возвращает true, если она успешно считывает массив из потока. В противном случае, возвращается false. Функция открывает локальный входной поток, используя потоковую функцию open и передавая ей имя файла и аргументы режима ввода/вывода. Аргумент режима ввода/вывода - это выражение ios::in | ios::binary, которое определяет, что поток открыт только для двоичного ввода. Функция делает два вызова потоковой функции read, первый - для чтения элемента класса size, и второй - для чтения элементов динамического массива. Другим свойством функции readArray является то, что она изменяет размер экземпляра класса Array для настройки его в соответствии с данными двоичного файла, вызывая функцию-элемент resize. Это означает, что динамический массив, который доступен посредством экземпляра класса, может либо уменьшаться, либо расширяться в зависимости от размера массива, сохраняемого в файле.

Функция-элемент resize, которая начинается в строке 65, на самом деле очень простая. Она проверяет, является ли требуемый размер тем же, что и установленный ранее. Если нет, то память, зарезервированная функцией dataPtr, освобождается, а затем создается новая область памяти, соответствующая новому размеру. Этот новый размер присваивается компоненту класса size.

Функция dispArray чаще всего является функцией-элементом, но я решил сделать ее здесь обычной функцией, чтобы лучше показать, как использование функции operator[ ] позволяет тем, кто работает с классом Array, обращаться к нему таким же способом, какой они применяют к элементам стандартного массива. В этом случае есть простой цикл for, который выполняется для каждого элемента arr и отображает его содержимое.

Наконец, мы подходим к функции main (строка 104). Обычно она в основном

только запускает функции, которые уже были созданы, для выполнения

следующих задач:

- Объявляет (строка 108) три экземпляра класса Array с именами arr1, arr2 и аrr3. (Первые два экземпляра имеют тот же самый размер динамического массива, заданный константой SIZE1, в то время как аrr3 имеет больший размер, определенный константой SIZE2).

- Объявляет (строка 111) файловый поток f и открывает его (используя конструктор потока) для доступа к файлу ARRAY1.DAT в двоичном режиме.

- Использует циклы for (строки с 114 по 116), чтобы произвольно присвоить значения экземплярам arr1 и аrr3.

- Отображает элементы экземпляра arr1 (строка 119).

- Записывает элементы массива arr1 в выходной файловый поток f, используя цикл for (строка 122) для вызова функции-компонента writeElem с выходным файловым потоком f и переменной цикла i.

- Закрывает файловый поток f, вызывая функцию-элемент close этого потока.

- Открывает (строка 127) файловый поток f для доступа к файлу ARRAY1.DAT. (На это раз сообщение open определяет режим двоичного ввода)

- Считывает элементы в arr2 (которому до сих пор не присваивались никакие значения) из входного файлового потока f, используя цикл for (строка 128).

- Закрывает входной поток (строка 130). D Отображает элементы экземпляров arr2 и аrr3 (строки 132 и 133).

- Записывает все содержимое аrr3, вызывая функцию-компонент writeArray. (Функция writeArray имеет аргумент имени файла ARRAY3.DAT).

- Считывает массив файла ARRAY3.DAT в экземпляр arr1, вызывая функцию-компонент readArray и передавая ей в качестве аргумента имени файла ARRAY3.DAT.

- Отображает новые элементы экземпляра arr1.