实验6 文件I/O与异常处理
一、实验目的
- 会用标准 I/O 流 ( iostream / fstream ) 完成控制台和文件的读/写，并处理读/写过程中的异常。
- 会用操控符及流成员函数控制数据格式。
- 会用 throw/try/catch 及标准库异常类处理异常，并能解释异常处理流程。
- 能综合应用封装、继承、多态及现代 C++ 标准库实现一个小型完整应用，确保代码正确，并注意安全、高效、
可移植与可扩展。
二、实验准备
浏览/复习以下教材章节：
- 第11章 流类库与输入输出
- 第12章 异常处理
三、实验内容
- 实验任务1
验证性实验。综合应用运算符重载、文件I/O、异常处理、标准库实现一个简单综合应用。运行、理解代码，回答问
题。
- 问题场景描述
校级 ACM 集训队选拔赛后，将学员信息（学号、姓名、专业）与成绩（解题数、总罚时）存入 data.txt，格式
如下：
要求：
从文件加载参赛选手信息，按照ACM排序规则处理后，输出到屏幕，同时保存到文件。 - 代码组织
- contestant.hpp结构体 Contestant 定义及其重载运算符函数>>和<<实现
- utils.hpp工具函数实现（排序函数、数据读/写）
- task1.cpp应用代码 + main
#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <stdexcept>
#include <vector>
#include "contestant.hpp"
#include "utils.hpp"const std::string in_file = "./data_bad.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();
}
#pragma once
#include <fstream>
#include <iostream>
#include <sstream>
#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::ios_base::failure("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::ios_base::failure("fail to open " + filename);std::string line;if (!std::getline(is, line)) // 跳过标题throw std::ios_base::failure("file " + filename + " missing header");std::vector<Contestant> v;Contestant t;int seq;std::size_t line_no = 1;while (std::getline(is, line)) {++line_no;if (line.find_first_not_of(" \t\r") == std::string::npos)continue;std::istringstream row(line);if (!(row >> seq >> t)) {std::cerr << "skip invalid line " << line_no << " in " << filename << ": " << line << '\n';continue;}v.push_back(t);}return v;
}#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;
}
- 实验任务2
设计性实验。用面向对象编程实现成绩处理。
- 问题场景描述
某艺术院系学员专业课成绩信息保存在文件data.txt中。格式如下：
要求用面向对象分析、设计，综合运用封装、I/O流、异常处理编程实现成绩处理。
#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();
}
#pragma once
#include <fstream>
#include <iostream>
#include <sstream>
#include <string>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <stdexcept>
#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;
};void StuMgr::load(const std::string& file) {std::ifstream in(file);if (!in)throw std::ios_base::failure("fail to open " + file);std::string line;if (!std::getline(in, line))throw std::ios_base::failure(file + " is empty");students.clear();Student s;std::size_t line_no = 1;while (std::getline(in, line)) {++line_no;if (line.find_first_not_of(" \t\r") == std::string::npos)continue;std::istringstream row(line);if (!(row >> s)) {std::cerr << "skip invalid line " << line_no << " in " << file << ": " << line << '\n';continue;}if (s.get_grade() < 0 || s.get_grade() > 100) {std::cerr << "skip invalid grade at line " << line_no << " in " << file << ": " << line << '\n';continue;}students.push_back(s);}if (students.empty())throw std::runtime_error("no valid data in " + file);
}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 out(file);if (!out)throw std::ios_base::failure("fail to open " + file);write(out);
}void StuMgr::write(std::ostream &os) const {os << "学号\t姓名\t专业\t成绩\n";for (const auto& s : students)os << s << '\n';
}
#pragma once#include <iomanip>
#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
};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 << std::left<< std::setw(10) << s.id<< std::setw(12) << s.name<< std::setw(12) << s.major<< std::setw(5) << s.grade;return os;
}std::istream &operator>>(std::istream &is, Student &s) {is >> s.id >> s.name >> s.major >> s.grade;return is;
}
四、实验结论
- 实验任务1
Q1: - 都是ostream的派生类
- 不需要
Q2:
- 调用save函数的时候无法打开输出文件
- 异常被
app()中的catch exception捕获，打印了报错内容并退出函数
Q3:
- 功能一致，性能相当于普通内联函数，结果一致
Q4:
-
第一行数据出现严重异常，如图
-
如代码所示
-
实验任务2
为save和load添加了错误处理，具体见上方代码