Семинар 1 (04.09.2015)

Задача

Рассмотрим следующую задачу. Деканат каждый день присылает отчёт по прошедшим занятиям в текстовом файле, имеющим следующий формат: каждая строка содержит следующую информацию: <предмет>:<номер группы>:<фамилия>:<оценка>:<присутствие>

Например, файл Report_2015_09_04.txt:

OOP_seminar:12345:Ivanov:Good:attend
OOP_seminar:12345:Petrov:None:absent
OOP_seminar:54321:Smith:Exсellent:attend

Уже к середине семестра таких файлов накапливается достаточно много и анализировать их "вручную" становится затруднительно. Допустим, некоторый студент хочет извлечь информацию только о себе. Как он может это сделать?

Программа grep

Напишем небольшую программу, которая называется grep. Программа делает следующее:

• в качестве единственного аргумента grep принимает pattern.

• в процессе работа grep считывает строки со стандартного потока ввода (stdin) и печатает на стандартный поток вывода те, которые содержат pattern.

( Дополнительное задание 1 : написать решение на языке C. )

Ниже приведено решение на языке C++:

#include <iostream> // A
#include <string> // B

int main(int argc, char **argv) {
    if (argc < 2) {
        return 2; // C
    }
    std::string line; // D
    while (std::getline(std::cin, line)) { // E
        if (line.find(argv[1]) != std::string::npos) { // F
            std::cout << line << std::endl; // G
        }
    }
    return 0;
}

Рассмотрим подробнее:

• Строка A: подключение заголовочного файла (header'а) iostream из стандартной библиотеки C++. iostream содержит определения классов и функций для работы с вводом/выводом. Замечание: header'ы стандартной библиотеки С++ не имеют расширения ".h", в отличии от C.

• Строка B: подключение header'а string для работы со строками. Документацию по работе со строками можно найти здесь.

• Строка C: ненулевой код возврата в случае неправильных входных данных (отсутствует аргумент pattern)

• Строка D: объявление переменной line типа std::string. std - название пространства имён (namespace). Все классы и методы стандартной библиотеки C++ лежат внутри пространства имён std.

• Строка E: здесь много всего и сразу :)

  • std::getline - это просто функция, объявленная в пространстве имён std. Фактически, ничем не отличается от функций C, за исключением префикса std::. Замечание: не всё в C++ есть классы и объекты, иногда встречаются и обычные функции. Документация к функции std::getline.

  • std::cin и line - аргументы функции std::getline.

  • std::cin - стандартный поток ввода в C++ (аналог stdin из C).

  • Функция std::getline считывает строку, заканчивающуюся символом конца строки, из потока ввода, и сохраняет её в переменной, переданной вторым аргументом. Важное замечание: переменная line передаётся в функцию не по значению, а "по ссылке". Поэтому std::getline может модифицировать содержимое строки line.

  • Можно заметить, что geline возвращает не булевое значение true или false, а поток ввода, переданный первым аргументов. Каким же образом поток ввода может использоваться в качестве условия while? Если коротко, то у класса std::istream перегружен оператор приведения к типу bool, и этот оператор возвращает true в случае, если из потока ещё можно что-то считать. Документация: раз, два.

• Строка F:

  • line.find(...) - вызов метода find объекта line. В целом, class'ы в С++ являются "продвинутыми" struct'ами из C. Вызов метода осуществляется аналогично доступу к полю структуры C: через . для объектов и через -> для указателей на объекты. Методы, в свою очередь, весьма похожи на обычные функции, но, в дополнение, они имеют доступ к содержимому объекта, для которого они вызваны. В C аналогичная запись могла бы выглядеть так: find(str, pattern).

  • В случае, если подстрока argv[1] не найдена внутри строки line, метод find вернёт специальное значение std::string::npos. Кстати, писать line.find(argv[1]) >= 0 нельзя. Почему?

• Строка G:

  • std::cout - стандартный поток вывода (по аналогии с std::cin).

  • << - оператор "записи в поток" (перегруженный для потоков вывода оператор побитового сдвига). Записывает значение справа в поток слева.

  • std::endl - символ конца строки ("\n").

  • Важно понимать (и уметь объяснять :) ), почему можно писать std::cout << line << std::endl. Подсказки:

    • Исходная запись аналогична следующей: (std::cout << line) << std::endl

    • Оператор << возвращает поток вывода

Самостоятельно : скомпилировать, проверить, что программа работает правильно.

Дополнительное задание 2 : сравнить исходные коды программ на C и C++.

Программа cat

Программа выводит на экран содержимое файлов, указанных в аргументах командной строки. (К котам не имеет никакого отношения: "cat" - это сокращение от "catenate".) Решение:

#include <iostream>
#include <string>
#include <fstream> // A

void catFile(std::string filename) { // B
    std::ifstream f(filename); // C
    std::cout << f.rdbuf(); // D
}

int main(int argc, char **argv) {
    for (int i=1; i<argc; i++) {
        catFile(argv[i]); // E
    }
    return 0;
}

Новое в программе cat:

• Строка A: подключение header'а fstream для работы с файловыми потоками ввода/вывода.

• Строка B: определение функции catFile. В качестве аргумента функция принимает объект класса std::string.

• Строка C: объявление и "конструирование" объекта f класса std::ifstream (= input file stream - файловый поток ввода). Конструкторы - это специальные "методы" для инициализации объектов (не совсем "методы", так как имеются некоторые важные отличия). В классе может быть объявлено несколько конструкторов, различающихся набором аргументов. Документация по конструкторам std::ifstream.

• Строка D: запись содержимого входного потока f в выходной поток std::cout. (Рекомендую посмотреть документацию, чтобы лучше понять, что произошло).

• Строка Е: вызов функции catFile. Следует отметить, что аргумент типа char* неявно приводится к типу std::string.

Самостоятельно: скомпилировать, проверить, что программа работает правильно.

Консольные приложения и unix-way

Поскольку мы создаём консольные приложения, хотелось бы показать один трюк, связанный с консолью. Для простоты скопируйте файлы с исходным кодом и скомпилированные исполняемые файлы в одну директорию. Откройте консоль и перейдите в эту директорию. (В Windows я бы воспользовался файловым менеджером Far - в нём удобнее перемещаться по директориям, и можно запускать консольные программы с аргументами). Давайте посмотрим, как часто встречается слово "string" в исходных файлах наших программ. Для этого выполним в консоли команду:

• для windows: .\cat.exe cat.cpp grep.cpp | .\grep.exe string

• для unix: ./cat cat.cpp grep.cpp | ./grep string

В результате на экран должно быть выведено приблизительно следующее:

#include <string>
void catFile(std::string filename) {
#include <string> // B
        std::string line; // D
                if (line.find(argv[1]) != std::string::npos) { // F

Что произошло? Конструкция | в консоли называется pipe ("труба"). Pipe позволяет соединять две программы так, что stdout первой программы перенаправляется в stdin второй программы. Можно использовать несколько "труб" в одной команде:

command1 args1 | command2 args2 | command3 args3 | command4 args4

Дополнительное задание 3 : написать программу count, которая считает количество строк, которое ей подаётся на стандартный поток ввода. Показать, как с помощью этой программы, а также программ cat и grep можно посчитать количество пропусков некоторого студента имея файлы с отчётами о студентах, описанные в начале документа.