输入、输出与错误

摘要

程序把输入变换为输出，本课研究这一变换的两端，以及两端之间可能出错的地方。本课讲授：用 std::print 和 std::println 输出，借助占位符和格式说明来规定宽度、对齐和小数位数；用 std::cin 读取数；预见用户输入了与所要求不同的内容时会发生什么，在 C++ 这样的输入系统中，这不会产生警告，而是产生一个处于错误状态的流和一个值为零的变量；以及按照错误显现的时刻，把程序的错误分为四类：编译错误、链接错误、运行时错误和逻辑错误。最后讲解如何有条理地阅读编译器的消息。

学习目标

编写用 std::cin 读取数据、用 std::println 输出结果的程序，并用格式说明控制宽度和小数位数。
预测一个多次调用 std::print 和 std::println 的程序的确切输出，包括换行。
描述输入不符合预期形式（该是数的地方出现字母）时会发生什么，并检查读取的状态。
把一个错误归为编译错误、链接错误、运行时错误或逻辑错误，并根据它的表现找出它的位置。

程序及其边界

在从问题到算法一课中，每个问题都由输入什么、输出什么来规定。程序实现这一规格说明：接收数据，变换数据，交付结果。然而，数据并不产生于程序内部，而是来自程序之外：来自使用者的键盘、某个文件或另一个程序；结果也不留在程序内部，而是送往屏幕、文件或另一个程序。与外界的通信经由两个通道进行，操作系统在启动每个程序时都会为它打开这两个通道：标准输入，在终端中就是用键盘输入的内容；标准输出，就是终端显示的内容。C++ 把它们表示为流：按顺序、一个接一个地被消耗或产生的字符序列。

这两端并不对称。输出由程序决定，因此可以写得分毫不差：屏幕上出现的每个字符，都是程序命令写出的那个字符。输入则由别人决定：程序要一个数，但坐在键盘前的人可能输入一个词、一个用逗号作小数点的数、一个过大的数，或者什么也不输入。既然如此，输入就是一道不可信边界，每个读取数据的程序都必须预先想好：收到的东西不符合预期形式时该怎么办。本课先讲输出，再讲读取，然后讲读取失败时会发生什么，最后讲如何按照错误显现的时刻来辨认错误，这里指的是程序的错误，而不是用户的错误。