实验6 文件I/O与异常处理

实验6

实验任务1

源代码

#pragma once
#include <iomanip>
#include <iostream>
#include <string>

struct Contestant {
    long   id;              // 学号
    std::string name;       // 姓名
    std::string major;      // 专业
    int    solved;          // 解题数
    int    penalty;         // 总罚时
};

// 重载<<
// 要求：姓名/专业里不含空白符
inline std::ostream& operator<<(std::ostream& out, const Contestant& c) {
    out << std::left;
    out << std::setw(15) << c.id
        << std::setw(15) << c.name
        << std::setw(15) << c.major
        << std::setw(10) << c.solved
        << std::setw(10) << c.penalty;

    return out;
}

// 重载>>
inline std::istream& operator>>(std::istream& in, Contestant& c) {
    in >> c.id >> c.name >> c.major >> c.solved >> c.penalty;

    return in;
}

#pragma once
#include <fstream>
#include <iostream>
#include <stdexcept>
#include <string>
#include <vector>
#include "contestant.hpp"

// ACM 排序规则：先按解题数降序，再按罚时升序
inline bool cmp_by_solve(const Contestant& a, const Contestant& b) {
    if (a.solved != b.solved)
        return a.solved > b.solved;

    return a.penalty < b.penalty;
}

// 将结果写至任意输出流
inline void write(std::ostream& os, const std::vector<Contestant>& v) {
    for (const auto& x : v)
        os << x << '\n';
}

// 将结果打印到屏幕
inline void print(const std::vector<Contestant>& v) {
    write(std::cout, v);
}

// 将结果保存到文件
inline void save(const std::string& filename, const std::vector<Contestant>& v) {
    std::ofstream os(filename);
    if (!os)
        throw std::runtime_error("fail to open " + filename);

    write(os, v);
}

// 从文件读取信息（跳过标题行）
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;
    while (is >> seq >> t)
        v.push_back(t);

    return v;
}

#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <stdexcept>
#include <vector>
#include "contestant.hpp"
#include "utils.hpp"

const std::string in_file = "./data.txt";
const std::string out_file = "./ans.txt";

void app() {
    std::vector<Contestant> contestants;

    try {
        contestants = load(in_file);
        std::sort(contestants.begin(), contestants.end(), cmp_by_solve);
        print(contestants);
        save(out_file, contestants);
    }
    catch (const std::exception& e) {
        std::cerr << e.what() << '\n';
        return;
    }
}

int main() {
    app();
}

实验结果

问题解答

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？

ostream是所有输出流的基类，cout是ostream的一个对象实例，ofstream是ostream的一个派生类，派生类对象可以隐式转化为基类引用，可以作为实参传入。

（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？

不需要提供，因为所有提供ostream接口的设备本质上都是ostream的派生类，可以直接复用write（）。

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；

if (!os)
   throw std::runtime_error("fail to open " + filename);

当调用sava（）函数打开输出文件失败时。

if (!is)
    throw std::runtime_error("fail to open " + filename);

当调用load（）函数打开输入文件失败时。

（2）异常被谁捕获、做了哪些处理。

捕获：

 catch (const std::exception& e) {
     std::cerr << e.what() << '\n';
     return;
 }

处理：先捕获所有std::exception及其派生类异常，然后通过e.what()输出异常信息到标准错误流std::cerr，然后函数直接返回，终止后续的操作。

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？

[](const Contestant& a, const Contestant& b) {
return a.solved != b.solved ? a.solved > b.solved
: a.penalty < b.penalty;}

可以代替，功能、性能和结果是一致的.

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。

输出结果 Thomas缺少了总罚时和解题数的数据和Vermont整行的数据，因此产生了数据录入的错位，产生了“204942078”的错误数据，并且因为录入了空字符，导致了Vermont的数据缺失。

（2）思考：如何修改函数 std::vector<Contestant> 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*）

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);          
    std::vector<Contestant> v;
    Contestant t;
    int seq;
    int line_num = 2;               
    
    while (true) {
        is >> seq >> t;
        if (is) {
            v.push_back(t);
            line_num++;
        } else {
            if (is.eof()) {
                break; 
            } else {
                std::cerr << "Warning: 第" << line_num << "行数据格式错误，已跳过" << std::endl;
                is.clear();
                std::getline(is, line);
                line_num++;
            }
        }
    }
    return v;
}

 

先增加line_num基类数据行号，然后使用while（true）循环代替原while（is>>seq>>t），当读取失败时，由is.eof()判断

是文件数据错误还是文件结束，当产生数据错误时，会输出错误行号并且清除输入流错误状态，并跳过当前行，执行下一行的输出。

 

实验任务2

 源代码

#pragma once

#include <iostream>
#include <string>

class Student {
public:
    Student() = default;
    ~Student() = default;
    
    const std::string get_major() const;
    int get_grade() const;

    friend std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Student& s);
    friend std::istream& operator>>(std::istream& is, Student& s);

private:
    int id;   
    std::string  name;
    std::string  major;
    int          grade;  // 0-100
};

#pragma once
#include <string>
#include <vector>
#include "student.hpp"

class StuMgr {
public:
    void load(const std::string& file);  // 加载数据文件（空格分隔）
    void sort();                         // 排序: 按专业字典序升序、同专业分数降序
    void print() const;                  // 打印到屏幕
    void save(const std::string& file) const; // 保存到文件

private:
    void write(std::ostream &os) const;  // 把数据写到任意输出流

private:
    std::vector<Student> students;
};

#include "student.hpp"
#include <stdexcept>
#include <string>

const std::string Student::get_major() const {
    return major;
}

int Student::get_grade() const {
    return grade;
}

std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Student& s) {
    os << s.id << '\t' << s.name << '\t' << s.major << '\t' << s.grade;
    return os;
}

std::istream& operator>>(std::istream& is, Student& s) {
    is >> s.id >> s.name >> s.major;
    if (!is) {
        throw std::runtime_error("字段缺失（学号/姓名/专业）");
    }

    if (!(is >> s.grade)) {
        throw std::runtime_error("学生 " + std::to_string(s.id) + " 成绩缺失");
    }
    if (s.grade < 0 || s.grade > 100) {
        throw std::runtime_error("学生 " + std::to_string(s.id) + " 成绩无效（" + std::to_string(s.grade) + "，需0-100）");
    }

    return is;
}

#include "stumgr.hpp"
#include <fstream>
#include <algorithm>
#include <stdexcept>
#include <iostream>

void StuMgr::load(const std::string& file) {
    std::ifstream ifs(file);
    if (!ifs.is_open()) {
        throw std::runtime_error("无法打开文件：" + file);
    }

    students.clear();

    std::string header;
    std::getline(ifs, header);

    Student s;
    while (ifs >> s) {
        students.push_back(s);
    }

    if (!ifs.eof() && ifs.fail()) {
        throw std::runtime_error("文件读取失败：" + file);
    }

    ifs.close();
}

void StuMgr::sort() {
    std::sort(students.begin(), students.end(), [](const Student& a, const Student& b) {
        if (a.get_major() != b.get_major()) {
            return a.get_major() < b.get_major();
        }
        return a.get_grade() > b.get_grade();
        });
}

void StuMgr::print() const {
    write(std::cout);
}

void StuMgr::save(const std::string& file) const {
    std::ofstream ofs(file);
    if (!ofs.is_open()) {
        throw std::runtime_error("无法创建/写入文件：" + file);
    }

    write(ofs);
    ofs.close();
}

void StuMgr::write(std::ostream& os) const {
    os << "学号    姓名    专业    成绩\n";
    for (const auto& stu : students) {
        os << stu << '\n';
    }
}

#include <iostream>
#include <limits>
#include <string>
#include "stumgr.hpp"

const std::string in_file = "./data.txt";
const std::string out_file = "./ans.txt";

void menu() {
    std::cout << "\n**********简易应用**********\n"
                 "1. 加载文件\n"
                 "2. 排序\n"
                 "3. 打印到屏幕\n"
                 "4. 保存到文件\n"
                 "5. 退出\n"
                 "请选择：";
}

void app() {
    StuMgr mgr;

    while(true) {
        menu();
        int choice;
        std::cin >> choice;

        try {
            switch (choice) {
            case 1: mgr.load(in_file); 
                    std::cout << "加载成功\n"; break;
            case 2: mgr.sort(); 
                    std::cout << "排序已完成\n"; break;
            case 3: mgr.print(); 
                    std::cout << "打印已完成\n"; break;
            case 4: mgr.save(out_file); 
                    std::cout << "导出成功\n"; break;
            case 5: return;
            default: std::cout << "不合法输入\n";
            }
        }
        catch (const std::exception& e) {
            std::cout << "Error: " << e.what() << '\n';
        }
    }
}

int main() {
    app();
}

运行结果

       

ans.txt文本文件：

 

 实验总结

　　本次实验中，我掌握了 C++ 标准 I/O 流的控制台与文件读写及对应异常处理，会用操控符控制数据格式；通过 try/catch 及标准异常类实现了异常处理并理清其流程；同时综合封装、继承、多态等特性与现代 C++ 标准库完成了小型应用，代码兼顾安全、高效等特性，顺利达成实验要求。