实验6 文件I/O与异常处理

实验任务1

代码

c++

 1 #pragma once
 2 #include <iomanip>
 3 #include <iostream>
 4 #include <string>
 5 
 6 struct Contestant {
 7     long   id;              // 学号
 8     std::string name;       // 姓名
 9     std::string major;      // 专业
10     int    solved;          // 解题数
11     int    penalty;         // 总罚时
12 };
13 
14 // 重载<<
15 // 要求：姓名/专业里不含空白符
16 inline std::ostream& operator<<(std::ostream& out, const Contestant& c) {
17     out << std::left;
18     out << std::setw(15) << c.id
19         << std::setw(15) << c.name
20         << std::setw(15) << c.major
21         << std::setw(10) << c.solved
22         << std::setw(10) << c.penalty;
23 
24     return out;
25 }
26 
27 // 重载>>
28 inline std::istream& operator>>(std::istream& in, Contestant& c) {
29     in >> c.id >> c.name >> c.major >> c.solved >> c.penalty;
30 
31     return in;
32 }

contestant.hpp

 1 #pragma once
 2 #include <fstream>
 3 #include <iostream>
 4 #include <stdexcept>
 5 #include <string>
 6 #include <vector>
 7 #include "contestant.hpp"
 8 
 9 // ACM 排序规则：先按解题数降序，再按罚时升序
10 inline bool cmp_by_solve(const Contestant& a, const Contestant& b) {
11     if(a.solved != b.solved)
12         return a.solved > b.solved;
13     
14     return a.penalty < b.penalty;utild
15 }
16 
17 // 将结果写至任意输出流
18 inline void write(std::ostream& os, const std::vector<Contestant>& v) {
19     for (const auto& x : v) 
20         os << x << '\n';
21 }
22 
23 // 将结果打印到屏幕
24 inline void print(const std::vector<Contestant>& v) {
25     write(std::cout, v);
26 }
27 
28 // 将结果保存到文件
29 inline void save(const std::string& filename, const std::vector<Contestant>& v) {
30     std::ofstream os(filename);
31     if (!os) 
32         throw std::runtime_error("fail to open " + filename);
33 
34     write(os, v);
35 }
36 
37 // 从文件读取信息（跳过标题行）
38 inline std::vector<Contestant> load(const std::string& filename) {
39     std::ifstream is(filename);
40     if (!is) 
41         throw std::runtime_error("fail to open " + filename);
42 
43     std::string line;
44     std::getline(is, line);          // 跳过标题
45 
46     std::vector<Contestant> v;
47     Contestant t;
48     int seq;
49     while (is >> seq >> t) 
50         v.push_back(t);
51         
52     return v;
53 }

utils.hpp

 1 #include <algorithm>
 2 #include <iostream>
 3 #include <stdexcept>
 4 #include <vector>
 5 #include "contestant.hpp"
 6 #include "utils.hpp"
 7 
 8 const std::string in_file = "./data.txt";
 9 const std::string out_file = "./ans.txt";
10 
11 void app() {
12     std::vector<Contestant> contestants;
13 
14     try {
15         contestants = load(in_file);                                      
16         std::sort(contestants.begin(), contestants.end(), cmp_by_solve); 
17         print(contestants);      
18         save(out_file, contestants);                         
19     } catch (const std::exception& e) {
20         std::cerr << e.what() << '\n';
21         return;
22     }
23 }
24 
25 int main() {
26     app();
27 }

task1.cpp

序号    学号        姓名        专业        解题数（道）    总罚时（分钟）
1    204942005    Jeny        未来专业1        4        210        
2    204942302    Alex           未来专业2        3        180

3    204942059    Bob        未来专业2        5        350                 
4    204942111    Hellen        未来专业3        2        90     
5    204942017    chappie        未来专业4        4        260     
6    204942075    Shaw        未来专业5        3        150        
7    204942076    Thomas        未来专业6              
8    204942078    Jennie        未来专业7        1        30          
9    204942079    Tibby        未来专业7        3        200        
10    204942080    Vermont        未来专业8        5        310

data_bad.txt

序号    学号        姓名        专业        解题数（道）    总罚时（分钟）
1    204942005    Jeny        未来专业1        4        210        
2    204942302    Alex           未来专业2        3        180
3    204942059    Bob        未来专业2        5        350                 
4    204942111    Hellen        未来专业3        2        90     
5    204942017    chappie        未来专业4        4        260     
6    204942075    Shaw        未来专业5        3        150        
7    204942076    Thomas        未来专业6        6        420      
8    204942078    Jennie        未来专业7        1        30          
9    204942079    Tibby        未来专业7        3        200        
10    204942080    Vermont        未来专业8        5        310

data.txt

运行测试截图

问题回答

问题1：流操作与代码复用

观察 print() 与 save() 的实现，均在内部调用 write() ：
（1） write() 的参数类型是 std::ostream& ，它为什么能同时接受 std::cout 和 std::ofstream 对象作
为实参？
（2）如果要把结果写到其他设备，只要该设备也提供 std::ostream 接口，还需改动 write() 吗？

1)因为std::ostream&使用了C++的多态性和继承机制，std::cout就是std::ostream的对象，而std::ofstream是std::ostream的派生类，其引用可以绑定到基类的引用上。

2）不需要，write()仅依赖于ostream接口。

问题2：异常处理与捕获

在代码中找到两处 throw 语句，说明：

（1）什么情况下会抛出异常；

（2）异常被谁捕获、做了哪些处理。

1）

打开文件失败时会抛出异常

2）异常被app()函数中的catch捕获，会输出错误提示（"fail to open " + filename），并终止函数运行，退出函数。

问题3：替代写法

函数 app 中 std::sort(contestants.begin(), contestants.end(), cmp_by_solve); 参数 cmp_by_solve 换成下面的lambda表达式是否可以？功能、性能、结果是否一致？

可以。功能、性能、结果基本一致，lambda更容易被编译器内联优化，性能更好。

问题4：数据完整性与代码健壮性

把 in_file 改成 "./data_bad.txt" （内含空白行或字段缺失），重新编译运行：

（1）观察运行结果有什么问题？给出测试截图并分析原因。

（2）思考：如何修改函数 std::vector load(const std::string& filename) ，使其提示出错行号并跳过有问题的数据行，同时让程序继续执行？（选答*）

1）

问题：Thomas的解题数和总罚时信息有误；Jennie、Tibby和Vermont信息缺失。

原因：文件data_bad.txt文件中Thomas的解题数和总罚时信息缺失，使得读取该部分信息时直接跳转到下一行读取了Jennie的序号和学号信息，同时while循环也被终止，导致后面三人信息缺失。

2）

inline std::vector<Contestant> load(const std::string& filename) {
    std::ifstream is(filename);
    if (!is)
        throw std::runtime_error("fail to open " + filename);

    std::string line;
    std::getline(is, line); // 跳过标题

    std::vector<Contestant> v;
    Contestant t;
    int seq;
    int count = 2;

    while (std::getline(is, line)) {

        // 检查是否为空行或全空白
        bool blank = true;
        for (char c : line) {
            if (!std::isspace(c)) {
                blank = false;
                break;
            }
        }
        if (blank) {
            std::cerr << "[Warning]: 第" << count << "行数据为空或全空白！已跳过！" << std::endl;
            count++;
            continue;
        }

        std::istringstream iss(line);

        // ? 关键修复：全部使用 !(iss >> x)，而不是 !(x)
        if (!(iss >> seq) || 
             !(iss >> t.id) || 
             !(iss >> t.name) || 
             !(iss >> t.major) || 
             !(iss >> t.solved) || 
             !(iss >> t.penalty)) {

            std::cerr << "[Warning]: 第" << count << "行数据有误！已跳过！" << std::endl;
        } else {
            v.push_back(t);
        }

        count++; // ? 加上分号
    }

    return v;
}

View Code

实验任务2

代码

c++

 1 #include <iostream>
 2 #include <limits>
 3 #include <string>
 4 #include "stumgr.hpp"
 5 
 6 const std::string in_file = "./data.txt";
 7 const std::string out_file = "./ans.txt";
 8 
 9 void menu() {
10     std::cout << "\n**********简易应用**********\n"
11                  "1. 加载文件\n"
12                  "2. 排序\n"
13                  "3. 打印到屏幕\n"
14                  "4. 保存到文件\n"
15                  "5. 退出\n"
16                  "请选择：";
17 }
18 
19 void app() {
20     StuMgr mgr;
21 
22     while(true) {
23         menu();
24         int choice;
25         std::cin >> choice;
26 
27         try {
28             switch (choice) {
29             case 1: mgr.load(in_file); 
30                     std::cout << "加载成功\n"; break;
31             case 2: mgr.sort(); 
32                     std::cout << "排序已完成\n"; break;
33             case 3: mgr.print(); 
34                     std::cout << "打印已完成\n"; break;
35             case 4: mgr.save(out_file); 
36                     std::cout << "导出成功\n"; break;
37             case 5: return;
38             default: std::cout << "不合法输入\n";
39             }
40         }
41         catch (const std::exception& e) {
42             std::cout << "Error: " << e.what() << '\n';
43         }
44     }
45 }
46 
47 int main() {
48     app();
49     return 0;
50 }

task2.cpp

 1 #pragma once
 2 #include <string>
 3 #include <vector>
 4 #include "student.hpp"
 5 
 6 class StuMgr {
 7 public:
 8     void load(const std::string& file);  // 加载数据文件（空格分隔）
 9     void sort();                         // 排序: 按专业字典序升序、同专业分数降序
10     void print() const;                  // 打印到屏幕
11     void save(const std::string& file) const; // 保存到文件
12 
13 private:
14     void write(std::ostream &os) const;  // 把数据写到任意输出流
15     std::vector<Student> students;
16 };

stumgr.hpp

 1 #pragma once
 2 
 3 #include <iostream>
 4 #include <string>
 5 
 6 class Student {
 7 public:
 8     Student() = default;
 9     ~Student() = default;
10     
11     const std::string get_major() const;
12     int get_grade() const;
13 
14     friend std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Student& s);
15     friend std::istream& operator>>(std::istream& is, Student& s);
16 
17 private:
18     int id;   
19     std::string  name;
20     std::string  major;
21     int          grade;  // 0-100
22 };

student.hpp

 1 #include "stumgr.hpp"
 2 #include <fstream>
 3 #include <sstream>
 4 #include <iostream>
 5 #include <algorithm>
 6 #include <stdexcept>
 7 
 8 void StuMgr::load(const std::string& file) {
 9     std::ifstream is(file);
10     if (!is) {
11         throw std::runtime_error("无法打开文件: " + file);
12     }
13 
14     students.clear(); 
15 
16     
17     std::string header;
18     std::getline(is, header);
19 
20     Student s;
21     std::string line;
22     int line_no = 2;
23 
24     while (std::getline(is, line)) {
25        
26         bool blank = true;
27         for (char c : line) {
28             if (!std::isspace(c)) {
29                 blank = false;
30                 break;
31             }
32         }
33         if (blank) continue;
34 
35         std::istringstream iss(line);
36         if (!(iss >> s)) {
37             std::cerr << "[警告] 第" << line_no << "行格式错误，已跳过\n";
38         } else if (s.get_grade() < 0 || s.get_grade() > 100) {
39             std::cerr << "[警告] 第" << line_no << "行成绩超出范围 [0,100]: " 
40                       << s.get_grade() << "，已跳过\n";
41         } else {
42             students.push_back(s);
43         }
44         line_no++;
45     }
46 
47     
48     if (students.empty()) {
49         throw std::runtime_error("未找到有效学生数据");
50     }
51 }
52 
53 void StuMgr::sort() {
54      if (students.empty()) {
55         std::cout << "\n(empty)\n";  
56         return;
57     }
58     
59     std::sort(students.begin(), students.end(),
60         [](const Student& a, const Student& b) {
61             if (a.get_major() != b.get_major())
62                 return a.get_major() < b.get_major();  
63             return a.get_grade() > b.get_grade();      
64         });
65 }
66 
67 void StuMgr::print() const {
68     if (students.empty()) {
69         std::cout << "\n(empty)\n";  
70         return;
71     }
72 
73     std::cout << "\n学号\t姓名\t专业\t成绩\n";
74     std::cout << "----------------------------\n";
75     for (const auto& s : students) {
76         std::cout << s << '\n';
77     }
78     std::cout << "----------------------------\n";
79 }
80 
81 void StuMgr::save(const std::string& file) const {
82     if (students.empty()) {
83         throw std::runtime_error("无数据可保存");
84     }
85 
86     std::ofstream os(file);
87     if (!os) {
88         throw std::runtime_error("无法创建文件: " + file);
89     }
90     write(os);
91 }
92 
93 void StuMgr::write(std::ostream& os) const {
94     os << "学号\t姓名\t专业\t成绩\n";
95     for (const auto& s : students) {
96         os << s << '\n';
97     }
98 }

stumgr.cpp

 1 #include "student.hpp"
 2 
 3 const std::string Student::get_major() const {
 4     return major;
 5 }
 6 
 7 int Student::get_grade() const {
 8     return grade;
 9 }
10 
11 std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Student& s) {
12     os << s.id << "\t" << s.name << "\t" << s.major << "\t" << s.grade;
13     return os;
14 }
15 
16 std::istream& operator>>(std::istream& in, Student& s) {
17     in >> s.id >> s.name >> s.major >> s.grade;
18     return in;
19 }