13-流状态

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17.3.2　流状态

我们来进一步看看不适当的输入会造成什么后果。cin或cout对象包含一个描述流状态（stream state）的数据成员（从ios_base类那里继承的）。流状态（被定义为iostate类型，而iostate是一种bitmask类型）由3个ios_base元素组成：eofbit、badbit或failbit，其中每个元素都是一位，可以是1（设置）或0（清除）。当cin操作到达文件末尾时，它将设置eofbit；当cin操作未能读取到预期的字符时（像前一个例子那样），它将设置failbit。I/O失败（如试图读取不可访问的文件或试图写入开启写保护的磁盘），也可能将failbit设置为1。在一些无法诊断的失败破坏流时，badbit元素将被设置（实现没有必要就哪些情况下设置failbit，哪些情况下设置badbit达成一致）。当全部3个状态位都设置为0时，说明一切顺利。程序可以检查流状态，并使用这种信息来决定下一步做什么。表17.4列出了这些位和一些报告或改变流状态的ios_base方法。

表17.4　流状态

1．设置状态

表17.4中的两种方法——clear()和setstate()很相似。它们都重置状态，但采取的方式不同。clear()方法将状态设置为它的参数。因此，下面的调用将使用默认参数0，这将清除全部3个状态位（eofbit、badbit和failbit）：

clear();

同样，下面的调用将状态设置为eofbit；也就是说，eofbit将被设置，另外两个状态位被清除：

clear(eofbit);

而setstate()方法只影响其参数中已设置的位。因此，下面的调用将设置eofbit，而不会影响其他位：

setstate(eofbit);

因此，如果failbit被设置，则仍将被设置。

为什么需要重新设置流状态呢？对于程序员来说，最常见的理由是，在输入不匹配或到达文件尾时，需要使用不带参数的clear()重新打开输入。这样做是否有意义，取决于程序要执行的任务。稍后将介绍一些例子。setstate()的主要用途是为输入和输出函数提供一种修改状态的途径。例如，如果num是一个int，则下面的调用将可能导致operator >> (int &)使用setstate()设置failbit或eofbit：

cin >> num; // read an int

2．I/O和异常

假设某个输入函数设置了eofbit，这是否会导致异常被引发呢？在默认情况下，答案是否定的。但可以使用exceptions()方法来控制异常如何被处理。

首先，介绍一些背景知识。exceptions()方法返回一个位字段，它包含3位，分别对应于eofbit、failbit和badbit。修改流状态涉及clear()或setstate()，这都将使用clear()。修改流状态后，clear()方法将当前的流状态与exceptions()返回的值进行比较。如果在返回值中某一位被设置，而当前状态中的对应位也被设置，则clear()将引发ios_base::failure异常。如果两个值都设置了badbit，将发生这种情况。如果exceptions()返回goodbit，则不会引发任何异常。ios_base::failure异常类是从std::exception类派生而来的，因此包含一个what()方法。

exceptions()的默认设置为goodbit，也就是说，没有引发异常。但重载的exceptions（iostate）函数使得能够控制其行为：

cin.exceptions(badbit); // setting badbit causes exception to be thrown

位运算符OR（在附录E讨论）使得能够指定多位。例如，如果badbit或eofbit随后被设置，下面的语句将引发异常：

cin.exceptions(badbit | eofbit);

程序清单17.12对程序清单17.11进行了修改，以便程序能够在failbit被设置时引发并捕获异常。

程序清单17.12　cinexcp.cpp

// cinexcp.cpp -- having cin throw an exception
#include <iostream>
#include <exception>
int main()
{
    using namespace std;
    // have failbit cause an exception to be thrown
    cin.exceptions(ios_base::failbit);
    cout << "Enter numbers: ";
    int sum = 0;
    int input;
    try {
        while (cin >> input)
        {
            sum += input;
        }
    } catch(ios_base::failure & bf)
    {
        cout << bf.what() << endl;
        cout << "O! the horror!\n";
    }
    cout << "Last value entered = " << input << endl;
    cout << "Sum = " << sum << endl;
    return 0;
}

程序清单17.12中程序的运行情况如下，其中的what()消息取决于实现：

Enter numbers: 20 30 40 pi 6
ios_base failure in clear
O! the horror!
Last value entered = 40.00
Sum = 90.00

这就是如何在接受输入时使用异常。然而，应该使用它们吗？这取决于具体情况。就这个例子而言，答案是否定的。异常用于捕获不正常的意外情况，但这个例子将输入错误作为一种退出循环的方式。然而，让这个程序在badbit位被设置时引发异常可能是合理的，因为这种情况是意外的。如果程序被设计成从一个数据文件中读取数据，直到到达文件尾，则在failbit位被设置时引发异常也是合理的，因为这表明数据文件出现了问题。

3．流状态的影响

只有在流状态良好（所有的位都被清除）的情况下，下面的测试才返回true：

while (cin >> input)

如果测试失败，可以使用表17.4中的成员函数来判断可能的原因。例如，可以将程序清单17.11中的核心部分修改成这样：

while (cin >> input)
{
    sum += input;
}
if (cin.eof())
    cout << "Loop terminated because EOF encountered\n";

设置流状态位有一个非常重要的后果：流将对后面的输入或输出关闭，直到位被清除。例如，下面的代码不可行：

while (cin >> input)
{
    sum += input;
}
cout << "Last value entered = " << input << endl;
cout << "Sum = " << sum << endl;
cout << "Now enter a new number: ";
cin >> input; // won't work

如果希望程序在流状态位被设置后能够读取后面的输入，就必须将流状态重置为良好。这可以通过调用clear()方法来实现：

while (cin >> input)
{
    sum += input;
}
cout << "Last value entered = " << input << endl;
cout << "Sum = " << sum << endl;
cout << "Now enter a new number: ";
cin.clear();  // reset stream state
while (!isspace(cin.get()))
    continue; // get rid of bad input
cin >> input; // will work now

注意，这还不足以重新设置流状态。导致输入循环终止的不匹配输入仍留在输入队列中，程序必须跳过它。一种方法是一直读取字符，直到到达空白为止。isspace()函数（参见第6章）是一个cctype函数，它在参数是空白字符时返回true。另一种方法是，丢弃行中的剩余部分，而不仅仅是下一个单词：

while (cin.get() != '\n')
    continue; // get rid rest of line

这个例子假设循环由于不恰当的输入而终止。现在，假设循环是由于到达文件尾或者由于硬件故障而终止的，则处理错误输入的新代码将毫无意义。可以使用fail()方法检测假设是否正确，来修复问题。由于历史原因，fail()在failbit或eofbit被设置时返回true，因此代码必须排除后一种情况。下面是一个排除这种情况的例子：

while (cin >> input)
{
    sum += input;
}
cout << "Last value entered = " << input << endl;
cout << "Sum = " << sum << endl;
if (cin.fail() && !cin.eof() ) // failed because of mismatched input
{
    cin.clear(); // reset stream state
    while (!isspace(cin.get()))
        continue; // get rid of bad input
}
else // else bail out
{
    cout << "I cannot go on!\n";
    exit(1);
}
cout << "Now enter a new number: ";
cin >> input; // will work now

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1．设置状态

2．I/O和异常

3．流状态的影响

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