День 16-й. Потоки

Ранее для вывода на экран и считывания с клавиатуры мы использовали объекты cout и cin, не понимая до конца принципов их работы. Сегодня вы узнаете:

• Что такое потоки ввода-вывода и как они используются

• Как с помощью потоков управлять вводом и выводом данных

• Как с помощью потоков записывать информацию в файл и затем считывать ее

Знакомство с потоками

Язык программирования C++ специально не определяет, каким образом данные выводятся на экран или в файл либо как они считываются программой. Тем не менее эти особенности являются важной частью работы программиста, поэтому стандартная библиотека C++ включает библиотеку iostream, упрощающую ввод-вывод (I/O).

Благодаря выделению операций ввода-вывода в отдельную библиотеку упрощается создание аппаратно независимого языка разработки программ для разных платформ. Это позволяет создать программу на C++ для компьютеров PC, а затем откомпилировать ее для рабочей станции Sun. Разработчики снабдили компилятор библиотеками для всех случаев. Так, по крайней мере, должно быть теоретически.

Примечание: Библиотека — это набор файлов OBJ, которые можно подключать к программе для получения дополнительных функциональных возможностей. Это наиболее распространенная форма многократного использования кода, и можно сказать, что она существует еще с тех пор, как первобытные программисты каменного века выбивали первые нули и единицы на стенах своих пещер.

Инкапсуляция

Классы iostream рассматривают информацию, выводимую программой на экран, как побитовый поток данных. Если данные выводятся в файл или на экран, то источник потока, как правило, содержится в программе. Если же поток направлен в противоположную сторону, данные могут поступать с клавиатуры или файла на диске. В этом случае они заносятся в переменные.

Одна из основных целей использования потоков состоит в инкапсуляции процедуры обмена данными с диском или дисплеем компьютера. Сама программа работает только с потоками, которые реализуют эти процессы. Схематически эта идея проиллюстрирована на рис. 16.1.

Рис. 16.1. Инкапсуляция с помощью потоков

Буферизация

Запись на диск (и в меньшей степени вывод на экран) обходится очень дорого. Запись данных на диск и считывание их с диска требует довольно много времени, что может надолго заблокировать выполнение программы. Для решения этой проблемы потоки обеспечивают буферизацию. Данные сначала записываются в буфер потока, а после его наполнения вся информация разом записывается на диск.

Суть идеи проиллюстрирована на примере знакомого со школьной скамьи бака с в.одой (рис. 16.2). Вода заливается сверху, и бак постепенно наполняется, поскольку нижний вентиль закрыт.

Когда вода (данные) достигает верха, нижний вентиль автоматически открывается и вся вода выливается (рис. 16.3).

Как только бак опустеет, нижний вентиль закрывается, а верхний открывается вновь, и вода снова поступает в бак (рис. 16.4).

В некоторых случаях необходимо, чтобы вода сразу же выливалась из бака, не дожидаясь его наполнения. В программировании такая ситуация называется очисткой буфера (рис. 16.5).

Рис. 16.2. Буфер наполняется данными, как закрытый бак — водой

Рис. 16.3. Открывается сливной вентиль, и вода (данные) сливается из бака

Рис. 16.4. Повторное наполнение бака

Рис. 16.5. Очистка буфера подобна экстренному сливу воды