Файлы и потоки

В языке С++ операторов ввода-вывода нет. Поэтому для передачи данных с одного устройства на другое используются, так называемые, потоки. В программировании слово поток перегружено смысловыми значениями. В данном случае слово поток это вспомогательная программа (объект класса), которая обеспечивает направленное движение данных. Хотя часто под потоком понимают побайтное перемещение данных. Такое двусмысленное значение слова поток, обычно, не вызывает противоречий.

Если движение данных направлено в программу, то поток называют входным потоком, если из программы то выходным потоком. Кстати говоря, использованные нами «операторы» cin и cout организуют соответственно входной и выходной потоки. Причем cin (console input) это входной поток с клавиатуры, точнее стандартный поток ввода операционной системы, а cout (cosole output) это выходной поток данных на экран или стандартный поток вывода операционной системы. Директива #include <iostream> позволяет получить доступ к библиотеке программ, которая автоматически создает эти потоки. потоки могут быть перенаправлены на другие устройства или в файлы.

Сейчас рассмотрим обычную ситуацию: на жестком диске в некотором файле хранятся данные, которые программист пересылает в память компьютера. Никаких признаков о том какая информация хранится на диске в виде байтов нет. То есть, никакой связи между количеством и расположением единиц и нулей в байтах и кодами какого-либо алфавита нет. А теперь эти байты последовательно переносятся с одного устройства на другое. Вот это и есть поток. Таким образом, поток это последовательность байтов без указания признаков информации, содержащихся в них, В этом случае программист обязан сам установить соответствие между передаваемыми байтами и их типом. Конечно, самому разработать программу, которая создает поток непросто, но это и не нужно. Для этого существуют целые библиотеки программ, которые организуют потоки. Немного остановимся на библиотеке стандартных потоков ввода-вывода.

Стандартная библиотека языка «С++» унаследована от библиотека «С». В языке «С» нет классов, поэтому в этой библиотеке программы хранятся в виде функций в глобальном пространстве имен. Кроме унаследованной библиотеки для работы с потоками в «С++» создана специальная библиотека в виде набора классов. Имена функций ввода-вывода этих библиотек и результаты выполнения часто совпадают, поэтому может показаться, что это одна и та же библиотека. Именно эту новую библиотеку следует изучить для того, чтобы правильно организовывать ввод-вывод данных. Библиотека классов, предназначенных для организации потока, выполнена достаточно сложно, поэтому мы остановимся только об основных классах этой библиотеки.

Библиотека построена на основе нескольких классов, важнейшим из которых является класс с именем ios – input-output-stream.

Библиотека iostream автоматически открывает несколько потоков, среди них:

cin	стандартный ввод,
cout	стандартный вывод,
cerr	станлартный вывод ошибок,

и еще несколько потоков, в том числе для двухбайтовых символов. Иногда такие потоки называют встроенными. Остальные потоки программист создает самостоятельно с помощью других библиотек.

При работе с потоками используется дополнительный участок основной памяти, который называется буфером потока. В буфер потока помещаются передаваемые данные, после чего они передаются внешнему устройству при выводе или программе при вводе. Необходимость присутствия буфера в потоке вероятно понятна. Буфер связан с физическими устройствами с низким быстродействием. Пока данные поступают или наоборот выгружаются из буфера, программа может продолжать свою работу, т.е. буфер позволяет увеличить быстродействие при передаче данных.

Рассмотрим подробнее, как в программе создаются потоки.