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C++入門解惑——淺析cout

編輯:C++入門知識

#include

usingnamespacestd;

intmain()

{

cout<<"Hello,World!"<

return0;

}

由於以前學過C,所以這段代碼的其它部分在我看來都還算“正常”,然而cout卻很獨特:既不是函數,似乎也不是C++特別規定出來的像if,for一類有特殊語法的“語句”。由於只是初步介紹,所以那本書只是簡單的說cout是C++中的“標准輸入輸出流”對象……這於我而言實在是一個很深奧的術語。這還沒完,之後又遇見了cin……因為不知底細,從此使用它們的時候都誠惶誠恐,幾欲逃回C時代那簡明的printf(),畢竟好歹我可以說:我在調用的是一個函數。那有著一長串<<、>>的玩意,究竟算怎麼回事呢?我一直想把它們當作關鍵字,可偏偏不是,而且居然是用C++語言“做”出來的,呵!但printf()用多了就開始有人好心地批判我的程序“C語言痕跡過重”……

後來隨著學習的深入,總算大概明白了cout/cin/cerr/...的鬼把戲:那些東東不過是變著法兒“哄人”,其實說到底還是函數調用,不過這函數有些特殊,用的是運算符重載,確切地說(以下還是以cout為例)是重載了“<<”運算符。我們現在就讓它現出函數的本來面目,請看HelloWorld!的等效版本:

#include

usingnamespacestd;

intmain()

{

cout.operator<<("Hello,World!");

cout.operator<<(endl);

return0;

}

編譯運行,結果與經典版無二。上面程序應該更容易理解了:cout是一個iostream類的對象,它有一個成員運算符函數operator<<,每次調用的時候就會向輸出設備(一般就是屏幕啦)輸出東東。嗯,這裡有一個問題:為什麼函數operator<<能夠接受不同類型的數據,如整型、浮點型、字符串甚至指針,等等呢?

我想你現在已經猜到了,沒錯,就是用運算符重載。運算符函數與一般函數基本無異,可以任意重載。標准庫的設計者們早已經為我們定制了iostream::operator<<對於各種C++基本數據類型的重載版本,這才使得我們這些初學者們一上來就享受到cout<<"Hello,World!"<

cout.operator<<("Hello,World!").operator<<(endl);

才算“強等效”。究竟可不可以這樣寫?向編譯器確認一下……OK,NoProblem!

嗯,我們已經基本上看出了cout的實質,現在不妨動動手,自己來實現一個cout的簡化版(Lite),為了區分,我們把我們設計的cout對象命名的myout,myout對象所屬的類為MyOutstream。我們要做的就是為MyOutstream類重載一系列不同類型的operator<<運算符函數,簡單起見,這裡我們僅實現了對整型(int)與字符串型(char*)的重載。為了表示與iostream斷絕關系,我們不再用頭文件iostream,而使用古老的stdio中的printf函數進行輸出,程序很簡單,包括完整的main函數,均列如下:

#include//在C和一些古老的C++中是stdio.h,新標准為了使標准庫

//的頭文件與用戶頭文件區別開,均推薦使用不用擴展名

//的版本,對於原有C庫,不用擴展名時頭文件名前面要加c

classMyOutstream

{

public:

constMyOutstream&operator<<(intvalue)const;//對整型變量的重載

constMyOutstream&operator<<(char*str)const;//對字符串型的重載

};

constMyOutstream&MyOutstream::operator<<(intvalue)const

{

printf("%d",value);

return*this;//注意這個返回……

}

constMyOutstream&MyOutstream::operator<<(char*str)const

{

printf("%s",str);

return*this;//同樣,這裡也留意一下……

}

MyOutstreammyout;//隨時隨地為我們服務的全局對象myout

intmain()

{

inta=2003;

char*myStr="Hello,World!";

myout<return0;

}

我們已經的myout已經初具形態,可以為我們工作了。程序中的注釋指出兩處要我們特別注意的:即是operator<<函數執行完畢之後,總是返回一個它本身的引用,輸出已經完成,為何還要多此一舉?

還記得那個有點奇異的cout.operator<<("Hello,World!").operator<<(endl)麼?它能實現意味著我們可以連著書寫

cout<<"Hello,World!"<

而不是

cout<<"Hello,World!";

cout<

為何它可以這樣連起來寫?我們分析一下:按執行順序,系統首先調用cout.operator<<("Hello,World!"),然後呢?然後cout.operator<<會返回它本身,就是說在函數的最後一行會出現類似於return*this這樣的語句,因此cout.operator<<("Hello,World!")的調用結果就返回了cout,接著它後面又緊跟著.operator<<(endl),這相當於cout.operator<<(endl)——於是又會進行下一個輸出,如果往下還有很多<<算符,調用就會一直進行……哇噢,是不是很聰明?現在你明白我們的MyOutstream::operator<<最後一行的奧妙了吧!

再注意一下main函數中最激動人心的那一行:

myout<我們知道,最後出現的" "可以實現一個換行,不過我們在用C++時教程中總是有意無意地讓我們使用endl,兩者看上去似乎一樣——究竟其中有什麼玄妙?查書,書上說endl是一個操縱符(manipulator),它不但實現了換行操作,而且還對輸出緩沖區進行刷新。什麼意思呢?原來在執行輸出操作之後,數據並非立刻傳到輸出設備,而是先進入一個緩沖區,當適宜的時機(如設備空閒)後再由緩沖區傳入,也可以通過操縱符flush進行強制刷新:

cout<<"Hello,World!"<<"Flushthescreennow!!!"<

這樣當程序執行到operator<<(flash)之前,有可能前面的字符串數據還在緩沖區中而不是顯示在屏幕上,但執行operator<<(flash)之後,程序會強制把緩沖區的數據全部搬運到輸出設備並將其清空。而操縱符endl相當於<<" "<

不過可能在屏幕上顯示是手動刷新與否區別看來都不大。但對於文件等輸出對象就不大一樣了:過於頻繁的刷新意味著老是寫盤,會影響速度。因此通常是寫入一定的字節數後再刷新,如何操作?靠的就是這些操縱符。

好了,說了這麼多,C++的iostream家族與C的print/scanf家庭相比究竟有何優勢?首先是類型處理更安全、智能,想想printf中對付int、float等的"%d"、"%f"等說明符真是多余且麻煩,萬一用錯了搞不好還會死掉;其次是擴展性更強:我要是新定義一個復數類Complex,printf對其是無能為力,最多只能分別輸出實、虛部,而iostream使用的<<、>>操作符都是可重載的,你只要重載相關的運算符就可以了;而且流風格的寫法也比較自然簡潔,不是麼?

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