Prozedurale Programmierung - Kapitel 4 - Eingabe und Ausgabe

Inhalte von Dr. E. Nadobnyh

Grundbegriffe

1. Eine Ausgabe ist die Datenlieferung vom Prozessor bzw. vom Programm zu Peripherie (Bildschirm, Datei).

2. Eine Eingabe ist die Datenlieferung von Peripherie (Tastatur, Datei) zum Prozessor.

3. I/O steht für "Input/Output", E/A -für "Eingabe/ Ausgabe".

4. Bildschirm und Tastatur werden auch als Konsole bezeichnet.

5. Die E/A–Operationen über Konsole werden als interaktive und die E/A–Operationen mit Dateien als nicht-interaktive bezeichnet.

Bibliothekfunktionen für E/A

Für die Eingabe und Ausgabe stehen in C und C++ keine Operatoren zur Verfügung. Die entsprechende Funktionen werden in Standardbibliotheken definiert.

Zwei Standardbibliotheken sind verbreitet:

1) stdio-Bibliothek für C enthält rund 40 Funktionen, darunter printf und scanf als zentrale Funktionen .
2) iostream-Bibliothek für C++ enthält eine ganze Klassenhierarchie und auch Objekte cout und cin.

Überblick

In C++ stehen die C-Funktionen auch zur Verfügung.

C++ hat ihr eigenes Eingabe-Ausgabe-Konzept. Es ist typsicher und ist leicht erweiterbar, z.B. für benutzerdefinierten Datentypen. Standardbibliotheken werden durch die Include-Dateien <stdio.h> und <iostream> eingebunden.

Hier sind einige Beispiele ohne formale Beschreibung:

Bibliothek Aufgabe	sdtio	iostream
Bildschirmausgabe	printf	cout<<
Tastatureingabe	scanf	cin>>
Dateizugriff	fprintf und fscanf	fstream

4.1. Bildschirmausgabe

printf

Die formatgesteuerte Ausgabe erfolgt in der stdio-Bibliothek mit der Funktion printf (print formatted). Diese Funktion übersetzt interne Werte in Textzeilen.

Syntax (nicht vollständig): printf (fz , a1, ... ,aN );

1) Argumente a1 bis aN sind Variablen oder andere Daten, die ausgegeben werden müssen.

2) Eine Format-Zeichenkette fz steuert die Formatierung aller Argumente. Sie enthält zwei Arten von Zeichenfolgen:

1. gewönliche Zeichen, die in die Ausgabe kopiert werden;

1. Formatelemente, die mit dem Zeichen % beginnen und eigentliche Formatierung für die Argumente steuern.

3) Jeder Formatelement bestimmt das Format für ein entsprechendes Argument. Die Format-Zeichenkette bestimmt, wieviele weitere Argumente folgen.

Format-Zeichenkette

Bei der Ausgabe wird jedes Formatelement durch den Wert des nächsten Argumentes ersetzt.



Erklärung:

Format-Zeichenkette:	“2 * %d ergibt %d “
Formatelement:	%d
Argumente:	a, b
Steuerung:	zwei %d steuern a und b
Ausgabe:	2 * 5 ergibt 10

printf-Formatelement

Ein Formatelement (Umwandlungsspezifikation) besteht aus 6 Teilen. Linker und rechter Teil sind obligatorisch.

%

-

min

.max

L

UZ

%	Anfang des Formatelementes
-	Minus steuert linksbündige Ausgabe
min	Mindestlänge des Ausgabebereichs
.max	1)Anzahl Stellen rechts vom Punkt für Gleitpunkttypen 2)Maximale Länge der auszugebenden Zeichenkette
L	L - Argument ist long double, l - Argument ist long
UZ	Umwandlungszeichen, z.B.: d – Darstellung von Ganzzahlen, f – Darstellung von Gleitpunktzahlen.

Beispiel:
float a=3.141592; printf(„pi= %7.3f“, a); //pi= 3.142

printf-Umwandlungszeichen

Das Umwandlungszeichen gibt die Interpretation des auszugebenden Wertes.

UZ	Ausgabe als:
c	Einzelzeichen
d, i	Ganzzahl (dezimal)
u	Ganzzahl (dezimal, nur positiv)
o	Ganzzahl (oktal, nur positiv)
x, X	Ganzzahl (hexadezimal, nur positiv)
e, E	Gleitpunktzahl in Exponentendarstellung
f	Gleitpunktzahl in Dezimalbruchdarstellung
g, G	kürzeste Darstellung von e oder f
s	Zeichenkette (C-String)
p	Pointer (Adresse )

⇒ Demos 1, 2, 3.

4.2. Tastatureingabe

scanf

Die formatgesteuerte Eingabe erfolgt in der stdio-Bibliothek mit der Funktion scanf (scan formatted). Diese Funktion übersetzt Eingabefelder in interne Werte. Sie macht praktisch die gleiche Umwandlungen wie printf in der umgekehrten Richtung.

Syntax (nicht vollständig): scanf (fz , a1, ... , aN );

1) Argumente a1 bis aN sind Zeiger auf Variablen oder Adressen. Sie geben an, wo die dazugehörigen umgewandelten Daten gespeichert werden sollen. Die Variablen müssen über den Adress- Operator (&) angesprochen werden.

2) Eine Format-Zeichenkette fz legt die Anzahl der Eingaben und Interpretation (Typ, Format) der einzelnen Eingabefelder fest. Sie kann enthalten:

1. Blanks, Tabs und Newlines (werden ignoriert),

1. Formatelemente (Umwandlungsspezifikationen).

scanf- Ausführung

1) Die Eingabe wird erst an das Programm gesendet, nachdem die Returntaste betätigt wurde.

2) scanf hört auf, wenn die Format-Zeichenkette abgearbeitet wurde, oder wenn ein Eingabefeld nicht zur Umwandlungsangabe passt.

3) Der nächste scanf-Aufruf beginnt seine Suche nach dem zuletzt umgewandelten Zeichen.

4) Eingabefelder werden durch Zwischenraumzeichen getrennt: Leerzeichen, Tabulatorzeichen, Seitenvorschub, Newline ua. Daraus folgt, daß scanf über Zeilengrenzen hinweg liest,

5) Ein Eingabefeld wird bis zu:

scanf-Formatelement

Ein Formatelement (Umwandlungsspezifikation) besteht aus 5 Teilen. Linker und rechter Teil sind obligatorisch.

%

*

max

L

UZ

%	Anfang des Formatelementes
*	Eingabefeld wird übergangen
max	Maximale Länge des Eingabefeldes
L	L - Argument ist long double, l - Argument ist long oder double ua.
UZ	Umwandlungszeichen: c, u, d, i, o, x, e, f, g, s

Das Umwandlungszeichen gibt die Interpretation des Eingabefeldes. Achtung: scanf unterscheidet zwischen f für float und lf für double.

Beispiel:
int i1;
scanf("%d", &i1); //Eingabe: 1234

fflush

Ein- und Ausgabeoperationen sind gepuffert Bei Dialoganwendungen, z.B. über Konsole, wird ein gemeinsamer Puffer verwendet.

In manchen Fällen bei abwechselnder Eingabe und Ausgabe ist es erforderlich, den Puffer zu leeren. Für solche Fälle ist die Funktion fflush vorgesehen.

Beispiel: fflush(stdin);

⇒ Demo 4.

4.3. Dateizugriff

Begriffsdefinitionen

Ein Dateizugriff (Dateibearbeitung, Datei-Transfer) ist eine Eingabe/Ausgabe aus/in Dateien.

C/C++ macht keinen Unterschied zwischen Dateien und Geräten (z.B. Konsole, Drucker). Beide Gruppen werden gleich betrachtet und behandelt.

Textdateien bestehen aus einer Folge von Zeilen. Jede Zeile ist mit einem Newline-Zeichen abgeschlossen. Textdateien
werden in der Regel sequentiell verarbeitet.

Funktionen für Dateizugriff:
1) zum Öffnen und Schließen von Dateien,
2) zum Schreiben und Lesen,
3) zur Fehlerbehandlung,
4) zur Dateiverwaltung, z.B. Funktionen für einen direkten Zugriff (random access) auf Datei.

Einführungsbeispiel

Das Zusammenspiel von Dateioperationen kann im einen kleinen Programm illustriert werden:

Öffnen von Dateien

Dateien müssen vor der Nutzung explizit geöffnet werden. Prototyp: FILE* fopen(char* dateiname, char* modus);

Die Funktion akzeptiert einen Dateinamen, z.B. „etwas.txt“ und liefert einen Zeiger, der beim Lesen oder Schreiben der Datei verwendet wird. Das zweite Argument ist die Zugriffsart. Einige Arten:

modus	Beschreibung
„r“	(read) Öffnen zum Lesen. Datei muß existieren.
„w“	(write) Öffnen zum Schreiben. Die evtl. existierende Datei wird durch leere ersetzt.
„a“	(append) Anfügen an Datei. Die evtl. existierende Datei wird nicht gelöscht
„w+“	Öffnen zum Lesen und Schreiben. Die evtl. existierende Datei wird durch leere ersetzt.

fopen- Ausführung

1) Wenn eine nicht existierende Datei zum Schreiben oder Anfügen eröffnet wird, so wird sie erzeugt, falls das möglich ist.

2) Wird eine existierende Datei zum Schreiben eröffnet, geht der alte Inhalt verloren.

3) Beim Öffnen zum Anfügen bleibt der Inhalt erhalten.

4) Beim Datei-Öffnen wird implizit auch ein Dateipuffer im Arbeitsspeicher definiert. Der Dateipuffer ermöglicht einen effektiver Datentransfer zwischen Speicher und Datei.

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