实验6 文件I/O与异常处理

实验任务一：

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
#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();
}

运行结果截图：

 

 

回答问题：

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::ostream& 对象作为实参？

　　std::ostream是抽象基类，std::cout和std::ofstream均是其派生类。根据多态的特性，派生类对象可以隐式转换为基类引用，因此write()的std::ostream&参数能同时接受两者作为实参。

（2）如果要把结果写到其他设备，只要该设备也提供 std::ofstream 对象作 std::ostream 接口，还需改动 write() 吗？

　　无需改动。

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；

　　函数save()：当打开输出文件失败时，std::ofstream os(filename)创建失败，!os为真，抛出std::runtime_error（错误信息含文件名）。

　　函数load()：当打开输入文件失败时，std::ifstream is(filename)创建失败，!is为真，抛出std::runtime_error（错误信息含文件名）。

（2）异常被谁捕获、做了哪些处理。

　　异常被app()函数中的try-catch块捕获。

　　处理：输出异常信息到标准错误流std::cerr，函数返回，程序被迫终止。

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？
　　可以替换，功能、性能、结果一致。

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。

 　　

 

　　原因：load()函数无法进行数据校验和错误恢复，一旦出现字段缺失、类型不匹配等错误，无法处理。

 (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？

　　

 

 

实验任务二：

 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
#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<iostream>
#include<iomanip>
#include "student.hpp"
using namespace std;

ostream& operator<<(std::ostream& os, const Student& s) {
    os << std::left
        << std::setw(10) << s.id
        << std::setw(10) << s.name
        << std::setw(10) << s.major
        << std::setw(10) << s.grade;
    return os;

}

istream& operator>>(std::istream& is, Student& s) {
    is >> s.id >> s.name >> s.major >> s.grade;
    return is;

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

#include "stumgr.hpp"
#include <fstream>
#include <stdexcept>
#include <algorithm>
#include <iomanip>
#include <sstream>
using namespace std;


void StuMgr::load(const string& file) {    // 加载数据文件（空格分隔）
    
    Student s;
    std::ifstream is(file);
    if (!is)
        throw std::runtime_error("fail to open" + file);
    std::string line;
    std::getline(is, line);

    while (is >> s) {
        students.push_back(s);
    }
}


void StuMgr::sort() {           // 排序: 按专业字典序升序、同专业分数降序
    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(); // 专业字典序升序
        }
        return a.get_grade() > b.get_grade();    // 同专业成绩降序
        });
}


void StuMgr::print() const {    // 打印到屏幕

    if (students.empty()) {
        throw std::runtime_error("没有加载学生数据，无法输出结果");
        return;
    }
    write(cout);
}


void StuMgr::save(const string& file) const {   // 保存到文件
    ofstream os(file);
    if (!os) {
        throw runtime_error("cannot open file: " + file);
    }
    write(os);
    os.close();
}


void StuMgr::write(ostream& os) const {        // 把数据写到任意输出流
   
    os << left<< setw(10) << "学号"<< setw(10) << "姓名"<< setw(10) << "专业"<< setw(10) << "成绩" << '\n';
    
    for (const auto& s : students) {
        os << s << '\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();
}

运行结果截图:

 

 

 

 

实验总结：

1.复习了 C++ 流类库的使用：iostream（控制台 I/O）、fstream（文件 I/O）、sstream（字符串流）。

2.复习异常处理机制：throw抛出异常、try-catch捕获异常，避免程序崩溃。

3.同时要注意处理文件中的异常数据。