एसटीएल शैली में बाइनरी फाइलों के साथ काम करें

मैं एक समस्या के समाधान के बारे में बात करना चाहूंगा जो हाई स्कूल के छात्रों और युवा छात्रों को प्रोग्रामिंग सिखाने की प्रक्रिया में उत्पन्न हुई। स्वाभाविक रूप से, मैं इस बारे में लिख रहा हूं क्योंकि मेरा मानना ​​है कि यह अनुभव व्यापक दर्शकों के लिए दिलचस्पी का हो सकता है।

समस्या का बयान

प्रोग्रामिंग सिखाने में बाइनरी फ़ाइलों के साथ काम करना एक पारंपरिक विषय है - कम से कम रूस में। अंतिम भूमिका रूसी स्कूलों में व्यापक पास्कल प्रोग्रामिंग भाषा द्वारा नहीं निभाई जाती है, जो तथाकथित टाइप की गई फ़ाइलों ( file of integer की file of integer प्रकार, file of real , आदि) के साथ काम करने के लिए अंतर्निहित समर्थन है। कुछ मामलों में (स्कूली बच्चों या जूनियर विश्वविद्यालय के पाठ्यक्रमों में प्रोग्रामिंग के गहन अध्ययन के साथ), जब सी ++ भाषा का अध्ययन शुरू होता है, तो इस भाषा के नए वातावरण में "टाइप टी की फाइलें" प्रसंस्करण की समस्याओं को हल करने की इच्छा होती है। और यहां यह सवाल उठता है कि इसके लिए कौन से साधनों का उपयोग किया जाना चाहिए।

दुर्भाग्य से, सी ++ भाषा में बाइनरी फ़ाइलों के साथ काम करने के लिए केवल निम्न-स्तर के उपकरण प्रदान किए जाते हैं - मानक istream / istream स्ट्रीम प्रकार के read / write तरीके। अन्य स्पष्ट कमियों के अलावा, यह तथ्य एसटीएल-शैली प्रोग्रामिंग (यानी, सबसे पहले एल्गोरिदम और पुनरावृत्तियों से संबंधित मानक सी ++ लाइब्रेरी का हिस्सा) का पूर्ण उपयोग नहीं करता है।

तो, कार्य बाइनरी फ़ाइलों के साथ काम प्रदान करना है जो टाइप T के मूल्यों के अनुक्रम को स्टोर करते हैं, एसटीएल ( vector<T> , आदि) के अनुक्रम के साथ। T मतलब आधार प्रकारों के मूल्यों के साथ-साथ तथाकथित POD प्रकारों (हर जगह आगे आप केवल मूल प्रकारों के बारे में सोच सकते हैं यदि आप POD की अवधारणा से परिचित नहीं हैं)।

संभव समाधान

ios_base :: बाइनरी: विफल # 0

यदि आपने कभी ऐसा कार्य नहीं किया है (जो अजीब होगा!), तो आपको ios_base::binary फ्लैग के बारे में कुछ याद हो सकता है, लेकिन जो लोग अच्छी तरह से मिले हैं, वे जानते हैं कि यह उपकरण किसी भी तरह से मदद करेगा। भाषा का मानक इस बात पर अत्यंत संक्षिप्त है कि एक धारा को खोलते समय इस ध्वज को इंगित करने से क्या प्रभाव हो सकता है, लेकिन नेटवर्क पर एक स्पष्टीकरण है कि यह केवल नए वर्णों के प्लेटफ़ॉर्म-निर्भर प्रसारण को अक्षम करता है और, संभवतः, कुछ अन्य वर्ण, जो सीधे हमारे कार्य से संबंधित है।

स्थैतिक बहुरूपता: विफल # 1

सबसे अधिक संभावना है, जो लोग मानक स्तर की तुलना में मानक पुस्तकालय को थोड़ा गहराई से जानते हैं, उन्हें याद होगा कि मूल धारा / basic_ofstream / basic_ifstream स्पष्ट उदाहरणों के लिए basic_ofstream / basic_ifstream की फाइल स्ट्रीम के लिए मानक प्रकार समानार्थी हैं। इन टेम्प्लेट्स में दो समान प्रकार के पैरामीटर होते हैं: स्ट्रीम का चरित्र प्रकार (इस पैरामीटर को Ch ) और चरित्र प्रकार चरित्र प्रकार - डिफ़ॉल्ट रूप से, यह std::char_traits<Ch> । ofstream / ifstream char प्रकार Ch रूप में लिया जाता है।

यह तुरंत इन टेम्प्लेट्स को टाइप T जो हम बाइनरी फ़ाइल से पढ़ना चाहते हैं, उसे टेम्पलेट पैरामीटर Ch के मान के रूप में निर्दिष्ट करने की कोशिश करने का विचार उठाता है। इस प्रकार की धारा से bad_cast मान पढ़ने की कोशिश करने वाला सबसे सरल कोड bad_cast के अपवाद के साथ bad_cast । शायद char_traits<int> लिए हमारी विशेषज्ञता को लिखने और फ़ाइल स्ट्रीम क्लास टेम्पलेट के लिए दूसरा पैरामीटर पास करने से कुछ बदला जा सकता था, लेकिन यह तरीका char_traits लग रहा था (प्रत्येक T लिए एक बहुत व्यापक char_traits टेम्पलेट की विशेषज्ञता लिखना ...) और मैंने नहीं किया उसके साथ आगे निपटें।

ओओपी और गतिशील बहुरूपता: विफल # 2

पहले असफलताओं के बाद, आप इस निष्कर्ष पर आ सकते हैं कि आप मानक उपकरण से वांछित व्यवहार "पूरी तरह से मुक्त" प्राप्त करने में सक्षम नहीं होंगे और आपको कुछ कोड लिखना होगा। आइए OOP प्रतिमान में इस समस्या को हल करने की कोशिश करते हैं, अर्थात्, अपनी कक्षाओं के एक जोड़े को लिखकर। प्रवाह की कक्षाएं, बिल्कुल। ofstream / ofstream के मानक से विरासत में प्राप्त करें, पूर्वजों से अधिकतम परिभाषाओं को संरक्षित करें, और देखें कि क्या होता है। (कोष्ठक में, मैं ध्यान देता हूं कि यह कार्य अपने आप में अर्थ के बिना नहीं है, यदि केवल इसलिए कि यह बी। स्ट्रेंसेप की पुस्तक से अभ्यासों की सूची में जटिलता के बजाय उच्च रेटिंग द्वारा चिह्नित है - व्यायाम १५, अनुच्छेद २१.१० और तीसरे भाग में विशेष संस्करण "प्रोग्रामिंग भाषा" सी ++ "।)

बहुत शुरुआत से, उनकी स्ट्रीम कक्षाओं के लिए << और >> संचालन को अधिभारित करने की आवश्यकता स्पष्ट थी। यह काफी लग रहा था। समस्या निम्नलिखित में उत्पन्न हुई। मानक पुस्तकालय के एल्गोरिदम का उपयोग करके एक धारा के साथ काम करने के लिए, I / O पुनरावृत्तियों का उपयोग किया जाना चाहिए। एसटीएल के लेखकों के अनुसार, उसके उपकरण सभी सामान्यीकृत हैं और मुझे उम्मीद थी कि जैसे ही मेरी स्ट्रीम क्लास कुछ अंतर्निहित लाइब्रेरी आवश्यकताओं को पूरा करती है, वह खुशी के साथ इसके साथ काम करेगी - स्थैतिक बहुरूपता ... विशेष रूप से, मुझे उम्मीद थी कि मानक पुनरावृत्तियों को स्ट्रीम के प्रकार द्वारा पैरामीटरित किया जाएगा। वे किसके साथ काम करते हैं। वहाँ यह था! मानक basic_ofstream / basic_ifstream प्रकार basic_ofstream - इनपुट / आउटपुट इटेटर पैटर्न की परिभाषा में basic_ifstream ।

इस मार्ग के साथ मुक्ति की उम्मीद बनी हुई है अगर हम संचालन के कार्यान्वयन की एक विशेषता पर ध्यान देते हैं << और >> : बुनियादी प्रकारों के लिए, उन्हें स्ट्रीम कक्षाओं के टेम्पलेट्स के सदस्य कार्यों के रूप में लागू किया जाता है। यदि, इसके अलावा, उन्हें आभासी घोषित किया गया था, तो कोई गतिशील बहुरूपता पर भरोसा कर सकता था (मानक पुनरावर्तक आधार वर्ग के संदर्भ में मेरे प्रवाह की वस्तुओं को संग्रहीत करेंगे) - मूल समस्या का आंशिक समाधान काम करेगा, केवल आधार प्रकार (इंट, डबल) के लिए काम करेगा। और एम। पी।)। हालाँकि, ये सदस्य फ़ंक्शन वर्चुअल नहीं हैं। यहां मानक पुस्तकालय या इसके अभाव के तर्क पर अनुमान लगाना संभव होगा (उदाहरण के लिए, यह ज्ञात है कि STL के लिए मूल रूप से OOP, वंशानुक्रम और बहुरूपता की सभी शक्ति का उपयोग करने का इरादा नहीं था, लेकिन धारा पुस्तकालय OOP पर बनाया गया है ...), लेकिन चलो अंतिम समाधान पर चलते हैं।

तदर्थ बहुरूपता (अधिभार): जीत

अंत में, सभी आवश्यक है कि << और >> संचालन के विशेष संस्करणों को आमंत्रित करना है, जो निम्न स्तर के काम को read / write माध्यम से फ़ाइलों के साथ छिपाएगा। यह इन कार्यों के अपने अधिभार प्रदान करने और यह सुनिश्चित करने के लिए पर्याप्त है कि इसे कहा जाता है। तर्कों में विशेष प्रकार का उपयोग करके इसे प्राप्त किया जा सकता है। हम अब प्रवाह के प्रकारों में हेरफेर करने में कामयाब नहीं हैं - यह इनपुट / आउटपुट के लिए विशेष प्रकार के साथ आता है। यह "रैपर" कहे जाने वाले का उपयोग करता है।

सौभाग्य से, हमें विभिन्न प्रकार के T लिए नए रैपर कक्षाएं लिखने की आवश्यकता नहीं है: हम खुद को एक वर्ग टेम्पलेट में सीमित कर सकते हैं जो टाइप पैरामीटर T एक क्षेत्र को संग्रहीत करता है और इस क्षेत्र के लिंक को बदल सकता है - निरंतर और गैर-स्थिर। टाइप T एक पैरामीटर वाला एक कंस्ट्रक्टर, जिसे explicit घोषित नहीं किया गया है, आपको टाइप T मानों को एक रैपर प्रकार में बदलने की अनुमति देगा। मापदंडों के बिना एक निर्माता एक एसटीएल आवश्यकता है। परिणामी कोड नीचे दिया गया है।

 #include <iostream> using std::istream; using std::ostream; template<typename T> class wrap { T t; public: wrap() : t() {} wrap(T const & t) : t(t) {} operator T&() { return t; } operator T const &() const { return t; } }; template<typename T> istream & operator>>(istream & is, wrap<T> & wt) { is.read(reinterpret_cast<char *>(&static_cast<T &>(wt)), sizeof(T)); return is; } template<typename T> ostream & operator<<(ostream & os, wrap<T> const & wt) { os.write( reinterpret_cast<char const *>(&static_cast<T const &>(wt)), sizeof(T)); return os; } 

static_cast का उपयोग करने के लिए कंपाइलर को सूचना फ़ील्ड का लिंक प्राप्त करने के लिए क्लास टेम्पलेट के बॉडी में परिभाषित टाइप-कास्ट ऑपरेशन को कॉल करने की आवश्यकता होती है, और इस फ़ील्ड का पता reinterpret_cast write / read साथ निम्न-स्तरीय कार्य के लिए तैयार करने के लिए इस फ़ील्ड reinterpret_cast पते को reinterpret_cast से टाइप करना है।

यहाँ एक उदाहरण है जो एक आवरण के उपयोग को प्रदर्शित करता है। यह उन विचारों की छाप को सहन करता है जिन्हें शुरू में एसटीएल की शैली में प्रोग्रामिंग के नाम पर रखा गया था।

 #include <algorithm> #include <fstream> #include <functional> #include <iostream> #include <iterator> #include <numeric> #include <cassert> int main() { int arr[] = {1, 1, 2, 3, 5, 8}; //  std::ofstream out("f.dat"); std::copy(arr, arr + 6, std::ostream_iterator< wrap<int> >(out)); out.close(); // : ,       std::ifstream in("f.dat"); assert( std::inner_product( std::istream_iterator< wrap<int> >(in), std::istream_iterator< wrap<int> >(), arr, true, std::equal_to<int>(), std::logical_and<bool>()) ); } 

निष्कर्ष

यह स्पष्ट है कि परिणाम एक "पूर्ण बाइक" था, जो संभवतः कई सी ++ प्रोग्रामर द्वारा लिखा गया था, लेकिन मैंने नेटवर्क पर या कुछ प्रसिद्ध पुस्तकालयों (उदाहरण के लिए, बूस्ट, विशेष रूप से, बूस्ट.आईस्ट्रीम) में इस पर ध्यान नहीं दिया।

मैं यह भी नोट करना चाहूंगा कि मैंने जानबूझकर कार्य की प्रासंगिकता की चर्चा को छोड़ दिया। शायद ऐसे लोग हैं जो read / write तुलना में उच्च स्तर पर फाइलों के साथ काम करने की कल्पना नहीं कर सकते हैं। शायद ऐसे लोग हैं जो कहते हैं कि द्विआधारी फाइलें अतीत हैं, कि वे बहुत ही गैर-पोर्टेबल या कुछ इसी तरह के हैं। हो सकता है कि यह आंशिक रूप से सच हो, लेकिन इस तरह की समस्या को हल करने की कवायद मुझे रोचक और ज्ञानवर्धक लगी।

समस्या और समाधान की चर्चा के बयान के लिए, मैं ईमानदारी से विटाली निकोलायेविच ब्रिगिलेव्स्की का धन्यवाद करता हूं।

UPD1 : टिप्पणियों में उन्होंने पूछा कि टाइप रूपांतरणों के बजाय, सामान्य रूप से सदस्य कार्य क्यों लिखें। रूपांतरण अनिवार्य रूप से निम्नलिखित जैसे उदाहरणों में उपयोग किया जाता है।

  std::ifstream in("f.dat"); int arr2[6]; std::copy(std::istream_iterator< wrap<int> >(in), std::istream_iterator< wrap<int> >(), arr2);