Question

知道循环的工作原理后，来看一看循环完成的一项最常见、最重要的任务：逐字符地读取来自文件或键盘的文本。例如，读者可能想编写一个能够计算输入中的字符数、行数和字数的程序。传统上，C++和 C 语言一样，也使用 while 循环来完成这类任务。下面介绍这是如何完成的。即使熟悉 C 语言，也不要太快地浏览本节和下一节。尽管 C++中的 while 循环与 C 语言中的 while 循环一样，但 C++的 I/O 工具不同，这使得 C++循环看起来与 C 语言循环有些不同。事实上，cin 对象支持 3 种不同模式的单字符输入，其用户接口各不相同。下面介绍如何在 while 循环中使用这三种模式。

5.5.1 使用原始的 cin 进行输入

如果程序要使用循环来读取来自键盘的文本输入，则必须有办法知道何时停止读取。如何知道这一点呢？一种方法是选择某个特殊字符—有时被称为哨兵字符（sentinel character），将其作为停止标记。例如，程序清单 5.16 在遇到#字符时停止读取输入。该程序计算读取的字符数，并回显这些字符，即在屏幕上显示读取的字符。按下键盘上的键不能自动将字符显示到屏幕上，程序必须通过回显输入字符来完成这项工作。通常，这种任务由操作系统处理。运行完毕后，该程序将报告处理的总字符数。程序清单 5.16 列出了该程序的代码。

程序清单 5.16 textin1.cpp

下面是该程序的运行情况：

程序说明

请注意该程序的结构。该程序在循环之前读取第一个输入字符，这样循环可以测试第一个字符。这很重要，因为第一个字符可能是#。由于 textin1.cpp 使用的是入口条件循环，因此在这种情况下，能够正确地跳过整个循环。由于前面已经将变量 count 设置为 0，因此 count 的值也是正确的。

如果读取的第一个字符不是#，则程序进入该循环，显示字符，增加计数，然后读取下一个字符。最后一步是极为重要的，没有这一步，循环将反复处理第一个输入字符，一直进行下去。有了这一步后，程序就可以处理到下一个字符。

注意，该循环设计遵循了前面指出的几条指导原则。结束循环的条件是最后读取的一个字符是#。该条件是通过在循环之前读取一个字符进行初始化的，而通过循环体结尾读取下一个字符进行更新。

上面的做法合情合理。但为什么程序在输出时省略了空格呢？原因在 cin。读取 char 值时，与读取其他基本类型一样，cin 将忽略空格和换行符。因此输入中的空格没有被回显，也没有被包括在计数内。

更为复杂的是，发送给 cin 的输入被缓冲。这意味着只有在用户按下回车键后，他输入的内容才会被发送给程序。这就是在运行该程序时，可以在#后面输入字符的原因。按下回车键后，整个字符序列将被发送给程序，但程序在遇到#字符后将结束对输入的处理。

5.5.2 使用 cin.get(char) 进行补救

通常，逐个字符读取输入的程序需要检查每个字符，包括空格、制表符和换行符。cin 所属的 istream 类（在 iostream 中定义）中包含一个能够满足这种要求的成员函数。具体地说，成员函数 cin.get(ch) 读取输入中的下一个字符（即使它是空格），并将其赋给变量 ch。使用这个函数调用替换 cin>>ch，可以修补程序清单 5.16 的问题。程序清单 5.17 列出了修改后的代码。

程序清单 5.17 textin2.cpp

下面是该程序的运行情况：

现在，该程序回显了每个字符，并将全部字符计算在内，其中包括空格。输入仍被缓冲，因此输入的字符个数仍可能比最终到达程序的要多。

如果熟悉 C 语言，可能以为这个程序存在严重的错误！cin.get(ch) 调用将一个值放在 ch 变量中，这意味着将修改该变量的值。在 C 语言中，要修改变量的值，必须将变量的地址传递给函数。但程序清单 5.17 调用 cin.get( ) 时，传递的是 ch，而不是&ch。在 C 语言中，这样的代码无效，但在 C++中有效，只要函数将参数声明为引用即可。引用是 C++在 C 语言的基础上新增的一种类型。头文件 iostream 将 cin.get(ch) 的参数声明为引用类型，因此该函数可以修改其参数的值。我们将在第 8 章中详细介绍。同时，C 语言行家可以松一口气了—通常，在 C++中传递的参数的工作方式与在 C 语言中相同。然而，cin.get(ch) 不是这样。

5.5.3 使用哪一个 cin.get( )

在第 4 章的程序清单 4.5 中，使用了这样的代码：

最后一行相当于两个连续的函数调用：

cin.get( ) 的一个版本接受两个参数：数组名（字符串（char*类型）的地址）和 ArSize（int 类型的整数）。（记住，数组名是其第一个元素的地址，因此字符数组名的类型为 char*。）接下来，程序使用了不接受任何参数的 cin.get( )。而最近，我们这样使用过 cin.get( )：

这里 cin.get 接受一个 char 参数。

看到这里，熟悉 C 语言的读者将再次感到兴奋或困惑。在 C 语言中，如果函数接受 char 指针和 int 参数，则使用该函数时，不能只传递一个参数（类型不同）。但在 C++中，可以这样做，因为该语言支持被称为函数重载的 OOP 特性。函数重载允许创建多个同名函数，条件是它们的参数列表不同。例如，如果在 C++中使用 cin.get（name，ArSize），则编译器将找到使用 char*和 int 作为参数的 cin.get( ) 版本；如果使用 cin.get（ch），则编译器将使用接受一个 char 参数的版本；如果没有提供参数，则编译器将使用不接受任何参数的 cin.get( ) 版本。函数重载允许对多个相关的函数使用相同的名称，这些函数以不同方式或针对不同类型执行相同的基本任务。第 8 章将讨论该主题。另外，通过使用 istream 类中的 get( ) 示例，读者将逐渐习惯函数重载。为区分不同的函数版本，我们在引用它们时提供参数列表。因此，cin.get( ) 指的是不接受任何参数的版本，而 cin.get(char) 则指的是接受一个参数的版本。

5.5.4 文件尾条件

程序清单 5.17 表明，使用诸如#等符号来表示输入结束很难令人满意，因为这样的符号可能就是合法输入的组成部分，其他符号（如 @和%）也如此。如果输入来自于文件，则可以使用一种功能更强大的技术—检测文件尾（EOF）。C++输入工具和操作系统协同工作，来检测文件尾并将这种信息告知程序。

乍一看，读取文件中的信息似乎同 cin 和键盘输入没什么关系，但其实存在两个相关的地方。首先，很多操作系统（包括 Unix、Linux 和 Windows 命令提示符模式）都支持重定向，允许用文件替换键盘输入。例如，假设在 Windows 中有一个名为 gofish.exe 的可执行程序和一个名为 fishtale 的文本文件，则可以在命令提示符模式下输入下面的命令：

这样，程序将从 fishtale 文件（而不是键盘）获取输入。<符号是 Unix 和 Windows 命令提示符模式的重定向运算符。

其次，很多操作系统都允许通过键盘来模拟文件尾条件。在 Unix 中，可以在行首按下 Ctrl+D 来实现；在 Windows 命令提示符模式下，可以在任意位置按 Ctrl+Z 和 Enter。有些 C++实现支持类似的行为，即使底层操作系统并不支持。键盘输入的 EOF 概念实际上是命令行环境遗留下来的。然而，用于 Mac 的 Symantec C++模拟了 UNIX，将 Ctrl+D 视为仿真的 EOF。Metrowerks Codewarrior 能够在 Macintosh 和 Windows 环境下识别 Ctrl+Z。用于 PC 的 Microsoft Visual C++、Borland C++ 5.5 和 GNU C++ 都能够识别行首的 Ctrl + Z，但用户必须随后按下回车键。总之，很多 PC 编程环境都将 Ctrl+Z 视为模拟的 EOF，但具体细节（必须在行首还是可以在任何位置，是否必须按下回车键等）各不相同。

如果编程环境能够检测 EOF，可以在类似于程序清单 5.17 的程序中使用重定向的文件，也可以使用键盘输入，并在键盘输入中模拟 EOF。这一点似乎很有用，因此我们来看看究竟如何做。

检测到 EOF 后，cin 将两位（eofbit 和 failbit）都设置为 1。可以通过成员函数 eof( ) 来查看 eofbit 是否被设置；如果检测到 EOF，则 cin.eof( ) 将返回 bool 值 true，否则返回 false。同样，如果 eofbit 或 failbit 被设置为 1，则 fail( ) 成员函数返回 true，否则返回 false。注意，eof( ) 和 fail( ) 方法报告最近读取的结果；也就是说，它们在事后报告，而不是预先报告。因此应将 cin.eof( ) 或 cin.fail( ) 测试放在读取后，程序清单 5.18 中的设计体现了这一点。它使用的是 fail( )，而不是 eof( )，因为前者可用于更多的实现中。

注意：

有些系统不支持来自键盘的模拟 EOF；有些系统对其支持不完善。cin.get( ) 可以用来锁住屏幕，直到可以读取为止，但是这种方法在这里并不适用，因为检测 EOF 时将关闭对输入的进一步读取。然而，可以使用程序清单 5.14 中那样的计时循环来使屏幕在一段时间内是可见的。也可使用 cin.clear( ) 来重置输入流，这将在第 6 章和第 17 章介绍。

程序清单 5.18 textin3.cpp

下面是该程序的运行情况：

这里在 Windows 7 系统上运行该程序，因此可以按下 Ctrl+Z 和回车键来模拟 EOF 条件。请注意，在 Unix 和类 Unix（包括 Linux 和 Cygwin）系统中，用户应按 Ctrl+Z 组合键将程序挂起，而命令 fg 恢复执行程序。

通过使用重定向，可以用该程序来显示文本文件，并报告它包含的字符数。下面，我们在 Unix 系统运行该程序，并对一个两行的文件进行读取、回显和计算字数（$是 Unix 提示符）：

1．EOF 结束输入

前面指出过，cin 方法检测到 EOF 时，将设置 cin 对象中一个指示 EOF 条件的标记。设置这个标记后，cin 将不读取输入，再次调用 cin 也不管用。对于文件输入，这是有道理的，因为程序不应读取超出文件尾的内容。然而，对于键盘输入，有可能使用模拟 EOF 来结束循环，但稍后要读取其他输入。cin.clear( ) 方法可能清除 EOF 标记，使输入继续进行。这将在第 17 章详细介绍。不过要记住的是，在有些系统中，按 Ctrl+Z 实际上将结束输入和输出，而 cin.clear( ) 将无法恢复输入和输出。

2．常见的字符输入做法

每次读取一个字符，直到遇到 EOF 的输入循环的基本设计如下：

可以在上述代码中使用一些简捷方式。第 6 章将介绍的!运算符可以将 true 切换为 false 或将 false 切换为 true。可以使用此运算符将上述 while 测试改写成这样：

方法 cin.get(char) 的返回值是一个 cin 对象。然而，istream 类提供了一个可以将 istream 对象（如 cin）转换为 bool 值的函数；当 cin 出现在需要 bool 值的地方（如在 while 循环的测试条件中）时，该转换函数将被调用。另外，如果最后一次读取成功了，则转换得到的 bool 值为 true；否则为 false。这意味着可以将上述 while 测试改写为这样：

这比! cin.fail( ) 或!cin.eof( ) 更通用，因为它可以检测到其他失败原因，如磁盘故障。

最后，由于 cin.get(char) 的返回值为 cin，因此可以将循环精简成这种格式：

这样，cin.get(char) 只被调用一次，而不是两次：循环前一次、循环结束后一次。为判断循环测试条件，程序必须首先调用 cin.get(ch)。如果成功，则将值放入 ch 中。然后，程序获得函数调用的返回值，即 cin。接下来，程序对 cin 进行 bool 转换，如果输入成功，则结果为 true，否则为 false。三条指导原则（确定结束条件、对条件进行初始化以及更新条件）全部被放在循环测试条件中。

5.5.5 另一个 cin.get( ) 版本

“怀旧”的 C 语言用户可能喜欢 C 语言中的字符 I/O 函数—getchar( ) 和 putchar( )，它们仍然适用，只要像在 C 语言中那样包含头文件 stdio.h（或新的 cstdio）即可。也可以使用 istream 和 ostream 类中类似功能的成员函数，来看看这种方式。

不接受任何参数的 cin.get( ) 成员函数返回输入中的下一个字符。也就是说，可以这样使用它：

该函数的工作方式与 C 语言中的 getchar( ) 相似，将字符编码作为 int 值返回；而 cin.get(ch) 返回一个对象，而不是读取的字符。同样，可以使用 cout.put( ) 函数（参见第 3 章）来显示字符：

该函数的工作方式类似 C 语言中的 putchar( )，只不过其参数类型为 char，而不是 int。

注意：

最初，put( ) 成员只有一个原型—put(char)。可以传递一个 int 参数给它，该参数将被强制转换为 char。C++标准还要求只有一个原型。然而，有些 C++实现都提供了 3 个原型：put(char)、put(signed char) 和 put(unsigned char)。在这些实现中，给 put( ) 传递一个 int 参数将导致错误消息，因为转换 int 的方式不止一种。使用显式强制类型转换的原型（如 cin.put(char(ch))）可使用 int 参数。

为成功地使用 cin.get( )，需要知道其如何处理 EOF 条件。当该函数到达 EOF 时，将没有可返回的字符。相反，cin.get( ) 将返回一个用符号常量 EOF 表示的特殊值。该常量是在头文件 iostream 中定义的。EOF 值必须不同于任何有效的字符值，以便程序不会将 EOF 与常规字符混淆。通常，EOF 被定义为值−1，因为没有 ASCII 码为−1 的字符，但并不需要知道实际的值，而只需在程序中使用 EOF 即可。例如，程序清单 5.18 的核心是这样：

可以使用 int ch，并用 cin.get( ) 代替 cin.get(char)，用 cout.put( ) 代替 cout，用 EOF 测试代替 cin.fail( ) 测试：

如果 ch 是一个字符，则循环将显示它。如果 ch 为 EOF，则循环将结束。

提示：

需要知道的是，EOF 不表示输入中的字符，而是指出没有字符。

除了当前所做的修改外，关于使用 cin.get( ) 还有一个微妙而重要的问题。由于 EOF 表示的不是有效字符编码，因此可能不与 char 类型兼容。例如，在有些系统中，char 类型是没有符号的，因此 char 变量不可能为 EOF 值（−1）。由于这种原因，如果使用 cin.get( )（没有参数）并测试 EOF，则必须将返回值赋给 int 变量，而不是 char 变量。另外，如果将 ch 的类型声明为 int，而不是 char，则必须在显示 ch 时将其强制转换为 char 类型。

程序清单 5.19 将程序清单 5.18 进行了修改，使用了 cin.get( ) 方法。它还通过将字符输入与 while 循环测试合并在一起，使代码更为简洁。

程序清单 5.19 textin4.cpp

注意：

有些系统要么不支持来自键盘的模拟 EOF，要么支持地不完善，在这种情况下，上述示例将无法正常运行。如果使用 cin.get( ) 来锁住屏幕直到可以阅读它，这将不起作用，因为检测 EOF 时将禁止进一步读取输入。然而，可以使用程序清单 5.14 那样的计时循环来使屏幕停留一段时间。还可使用第 17 章将介绍的 cin.clear( ) 来重置输入流。

下面是该程序的运行情况：

下面分析一下循环条件：

子表达式 ch=cin.get( ) 两端的括号导致程序首先计算该表达式。为此，程序必须首先调用 cin.get( ) 函数，然后将该函数的返回值赋给 ch。由于赋值语句的值为左操作数的值，因此整个子表达式变为 ch 的值。如果这个值是 EOF，则循环将结束，否则继续。该测试条件中所有的括号都是必不可少的。如果省略其中的一些括号：

由于!=运算符的优先级高于=，因此程序将首先对 cin.get( ) 的返回值和 EOF 进行比较。比较的结果为 false 或 true，而这些 bool 值将被转换为 0 或 1，并本质赋给 ch。

另一方面，使用 cin.get(ch)（有一个参数）进行输入时，将不会导致任何类型方面的问题。前面讲过，cin.get(char) 函数在到达 EOF 时，不会将一个特殊值赋给 ch。事实上，在这种情况下，它不会将任何值赋给 ch。ch 不会被用来存储非 char 值。表 5.3 总结了 cin.get(char) 和 cin.get( ) 之间的差别。

表 5.3 cin.get(ch) 与 cin.get( )

属 性	cin.get(ch)	ch=cin.get( )
传递输入字符的方式	赋给参数 ch	将函数返回值赋给 ch
用于字符输入时函数的返回值	istream 对象（执行 bool 转换后为 true）	int 类型的字符编码
到达 EOF 时函数的返回值	istream 对象（执行 bool 转换后为 false）	EOF

那么应使用 cin.get( ) 还是 cin.get(char) 呢？使用字符参数的版本更符合对象方式，因为其返回值是 istream 对象。这意味着可以将它们拼接起来。例如，下面的代码将输入中的下一个字符读入到 ch1 中，并将接下来的一个字符读入到 ch2 中：

这是可行的，因为函数调用 cin.get(ch1) 返回一个 cin 对象，然后便可以通过该对象调用 get(ch2)。

get( ) 的主要用途是能够将 stdio.h 的 getchar( ) 和 putchar( ) 函数转换为 iostream 的 cin.get( ) 和 cout.put( ) 方法。只要用头文件 iostream 替换 stdio.h，并用作用相似的方法替换所有的 getchar( ) 和 putchar( ) 即可。（如果旧的代码使用 int 变量进行输入，而所用的实现包含 put( ) 的多个原型，则必须做进一步的调整。）