C++ 中的 std::ios_base::pword

C++ 以其丰富的标准库而闻名，其输入输出 (I/O) 操作基于流。流可用于从多个对象或源读取或写入，包括文件或其他已打开的流、字符串或控制台，这些对象被称为 I/O 对象。此系统的核心是 std::ios_base 类，ios 是 input/output stream base class 的缩写，它是所有流类（如 std::istream 和 std::ostream）的基类。

std::ios_base 类是处理流状态及其各种配置的最重要的类。它提供了格式化、异常、选项状态以及用户可扩展性。另一个有用但不太显眼的选项是能够保存用户定义的数据在流对象中，以使用 pword 和 iword 函数。

在这篇博文中，我们将深入探讨 std::ios_base::pword 的细节，这是 C++ 流库中一个复杂但鲜为人知的机会。我们将了解 pword 是什么，它的作用，以及如何使用它来通过附加额外信息来扩展流对象的功能。在下一节中，我们将展示如何在一系列简单的示例中使用 pword，包括自定义格式化、附加状态信息、日志功能扩展以及在至少两个函数之间维护上下文。到本博文结束时，您将全面了解如何利用 std::特别是，开发自定义 ios_base::pword 以在 C++ 中获得更通用且易于扩展的流 I/O 操作。

什么是 std::ios_base::pword？

std::ios_base::pword 是 std::ios_base 类的成员函数，用于操作指向用户数据的指针。pword 这个术语实际上是 "pointer word" 的缩写，因为它参与指针存储的管理。此函数允许将任何数据附加到流对象，从而在不修改其基本定义的情况下增强基本流的功能。

pword 函数的实现基于流类型中每个对象内部存在的指针数组。此数组可以根据需要进行扩展或收缩，因此可以存储多个信息片段。此数组与前一个数组相同。然而，此数组中的每个条目都由一个指针（整数）索引。

pword 的 API 包括一个函数：

• void*& pword(int index): 此函数简单地返回指向给定索引处的指针的引用。如果索引未定义，则会创建该索引并将其设置为指向 null 的指针。
• 通过使用 pword，可以扩展流功能并将用户定义类型的任何指针附加到流。

std::ios_base::pword 的目的

std::ios_base::pword 的主要目的是允许通过绑定自定义数据来扩展流对象。当您希望扩展流类并为其添加新功能，但又不想修改流的内部代码时，此功能特别有用。以下是可能使用 pword 的几个主要原因：

• 自定义格式
  pword 的另一个典型用途是添加到流中的自定义。例如，我们可能需要默认未提供的其他格式状态。通过 pword 将我们所需格式数据的结构链接到流中，我们可以动态更改输出格式。
• 关联状态信息
  在 C++ 中，流的可能用途在许多情况下需要附加状态信息。例如，如果我们正在处理网络流，我们可能需要有关任何连接的特定注释，甚至有关缓冲的详细信息。使用 pword，我们可以将此类状态信息存储在流对象本身中，以便在进行 I/O 操作时，我们可以轻松访问它们。
• 实现扩展日志记录
  日志记录是许多应用程序中的重要操作，并且经常使用流。借助 Pword，我们可以使用其他日志信息（如时间戳、日志级别或与当前日志消息相关的其他数据）来扩展普通流。通过将日志逻辑包含在流中，此方法有助于使代码更整洁，更易于维护。
• 在单个和多个函数中保留上下文
  在复杂的应用程序中，流可以从一个函数/模块传输到另一个函数/模块，甚至可以多次处理。当使用 pword 将上下文特定数据附加到流时，此信息将始终在使用该流的上下文可用。因此，当流作为骨干的大型应用程序或框架发挥作用时，此技术非常有用。

std::ios_base::pword 如何工作？

• std::ios_base::pword 是 C++ 中的另一项功能，它允许用户将用户定义的数据附加到流对象，从而扩展和修改其功能。此函数是 std::ios_base 类的一部分，并包含私有的实例指针数组。当输入更多数据时，此数组可以增长到下一个级别，因此，这些类型的数据结构提供了灵活性和可扩展性。
• 在 pword(int index) 的情况下，它返回内部数组中给定索引处的指针的引用。
• 如果不是，它会为新索引创建一个新条目，并将地址设置为 NULL，因为我们只能在声明数组时为新索引设置地址。动态空间分配过程不对数组设置任何先前的限制，并允许数据扩展，为将任何类型的数据流与另一个数据流关联提供了可靠的手段。
• 使用 pword 的工作流程通常涉及三个步骤：发布自定义数据、从流写入和读取以及任何其他相关过程。例如，有人可能使用结构体来调整输出格式，或保存指向该结构体的指针，该指针可能等于 pword。
• 之后，可以在使用流时，使用相同的索引来重新获取指针，以便随时更改自定义数据。这确保了您的自定义数据在流的整个生命周期内都与流绑定。
• 在内部，由 std::管理的数组。ios_base 类似于 void * 类型动态大小值的向量。获取 pword (int index) 时，函数会检查 'size' 是否大于或等于索引；如果不是，它会扩展它。如果需要调整大小，则新的存储桶最初会分配为 nullptr。
• 通过这种动态灵活的设计，pword 可以作为一种通用工具，将几乎任何数据与流类型的对象关联起来，而无需更改流的固有特性。
• 理解和利用 std::ios_base::pword 这个函数可以帮助 C++ 流获得大量额外的功能。它提供了一种通过能够添加状态或配置信息来为目标应用程序“塑造”流的方法。
• 总而言之，pword 提供了一种强大的机制，可用于使用简单的 C++ 流进行自定义日志记录元数据、附加格式选项和附加上下文状态信息。

实施

输出

 
"HELLO"|"WORLD"|"EXAMPLE"|
hello-world-example-
hello world example   

提供的代码片段演示了 C++ 中 std::pword 的用法，这是一种用于将用户数据与流对象关联以进行附加格式化的机制。在此实例中，CustomFormat 结构用于设置值，包括用于分隔值的字符以及输出所需的格式。为此，输出流的标识与此结构关联，以便可以根据需要修改字符串的格式。

• 设置自定义格式： set_custom_format 函数将 CustomFormat 对象与输出流 std::cout 关联。我发现 cout 在将此符号放置在需要大量输出操作的高级编程语言中极具影响力。它使用 pword 函数将格式对象的地址存储在流内部分配的内存中。此操作使后续对 std::cout 的输出操作能够表达指定的格式规则。
• 自定义输出运算符： 重载运算符用于打印具有附加自定义格式的关联编号的字符串。在此运算符中，通过 get_custom_format 函数从流中获取格式选项。在存在自定义格式的情况下，运算符会根据指定的 TR 和大写字母转换来更正输出字符串，并使用指定的定界符将字符串引起来。
• 主函数： 主函数演示了自定义格式的使用，输出了三个字符串：hello world example running 和 test。首先，字符串以管道符 (|) 分隔，然后全部转换为大写。接下来，对连接操作的格式进行了一些更改，并且使用的定界符是连字符 (-)，新格式不更改字符串的大小写。最后，清除格式以分离自定义数据，因此，最后几次字符串输出会恢复到默认的流行为。

高级示例：使用用户输入的自定义流格式化

输出

 
Enter number of formatting sets: 2
Enter delimiter character for format set 1: |
Convert to uppercase? (1 for yes, 0 for no) for format set 1: 1
Enter delimiter character for format set 2: -
Convert to uppercase? (1 for yes, 0 for no) for format set 2: 0
Enter strings for format set 1 (type 'done' to finish):
hello
world
example
done
Formatted Output for set 1:
"HELLO"|"WORLD"|"EXAMPLE"|
 
Enter strings for format set 2 (type 'done' to finish):
hello
world
example
done
Formatted Output for set 2:
"hello"-"world"-"example"-   

提供的代码片段演示了如何在 C++ 中使用 std::ios_base::pword 来设置流输出的自定义格式标志。此技术允许开发人员根据用户输入更改字符串的格式，从而增加了应用程序的通用性。

• 自定义数据结构： 本示例的核心是 CustomFormat 结构，它包含两个格式选项：一个字符（将用作分隔符 char delimiter）和一个布尔值，如果输出应转换为大写，则为 true。此结构便于封装和管理格式设置。
• 辅助函数： 两个重要的辅助函数有助于将 CustomFormat 对象与输出流关联：两个重要的辅助函数有助于将 CustomFormat 对象与输出流关联
• set_custom_format(std:ostream& os, CustomFormat *format)： 此函数通过将指针存储在流的 pword 中来将格式与 os 关联。iword 函数用于为该存储分配索引。
• get_custom_format(std:os, stream &os)： 此函数返回 CustomFormat 结构体的指针，该结构体位于输出流 os 中，该结构体也是由 pword 分配的。
• 自定义输出运算符： 为确保输出字符串时格式正确，代码使用了 operator<< 重载。在此运算符中，get_custom_format 函数用于检索当前的格式设置。如果找到 CustomFormat 对象，运算符将相应地修改字符串。如果需要，它还会将值转换为大写，并用双引号和指定的定界符将其括起来。如果函数中没有传递自定义格式，则字符串将按原样返回。
• 主函数： 主函数首先向用户显示一条消息，询问他们想创建多少个格式集。对于每个集合，用户都必须指定定界符字符以及该集合的字符串是否应更改为大写。这些用于构成一个 CustomFormat 对象向量，其中包含每个格式规则集的一个 CustomFormat 对象。

时间复杂度

第一个代码片段侧重于使用 std::ios_base::pword 对几个字符串应用自定义格式。如上所述，类型 ios_base::pword 代表了部分排序空间所需的类型。以下是简洁的分析：

• 设置和获取自定义格式： 两者都是 O(1)，因为它们维护指针并且不涉及复杂的堆数据移动。
• 自定义输出运算符： 将字符串转换为大写的复杂度为 O(n)，其中 n 代表字符串长度。引用的复杂度和添加定界符的复杂度是常数阶，即 O(1)。
• 主函数： 因此，输出字符串 str1、str2 和 str3 的总复杂度为 O(n1 + n2 + n3)，其中 n1、n2 和 n3 代表相关字符串的长度。
• 整体复杂度： O(n1 + n2 + n3)，其中 n1 是要输出的字符串的长度，n2 是要比较的字符串的长度，n3 是名称的长度。

让我们对下面的代码执行上述步骤来分析其复杂度：

第二个代码片段描绘了多个格式集和自定义格式的字符串。以下是细分：

• 设置和获取自定义格式： 与前面的步骤一样，这两种操作都保持在 O(1)。
• 自定义输出运算符： 转换为大写的复杂度是每个字符串 O(n)。引用和定界符添加的复杂度均为常数时间，表示为 O(1)。
• 主函数
  
  • 用户输入： 读取格式集的运行时间复杂度为 O(f)，读取字符串的运行时间复杂度为 O(m)，其中 f 是格式集的数量，m 是字符串的总数。
  • 输出： 输出所有字符串的复杂度表示为 O(sum(n_i))，其中 sum(n_i) 是所有字符串大小的总和。
• 整体复杂度： 在生成文件时，设 O 为函数的复杂度，该函数与格式集 'f' 的数量、字符串总数 'm' 以及字符串的长度 'sum (n_i)' 成正比。

总结

第一个代码： 算法的复杂度为 O(n1+n2+n3)，以字符串长度为单位。

第二个代码： 最坏情况下，此过程为 O(f + m + sum(n_i))，包括格式集、总字符串数以及每个字符串的长度。

结论

在检查利用 std:: 两个不同 C++ 代码片段的复杂度时。在 ios_base::pword 的情况下，我们能够分析它们在速度方面的有效性和行为。每个片段都旨在实现该功能在自定义流格式化方面的适用性，尽管从第二个片段中嵌入的功能开始，功能的整体复杂度会增加。这使我们能够根据每个代码片段的复杂度分析得出结论。

第一个代码片段演示了 std:: 的直接应用。ios_base::pword 的移动性在于修复整数和实数的各种格式化问题，更重要的是，格式化有限数量的字符串。它的简单性在于其集中的目标：在从应用一组格式规则到几个字符串的每个情况下，它的速度都快了几个数量级。性能分析还表明，被输出字符串的长度是影响性能的最关键因素。例如，当字符串数量少且格式化最少时，此格式是合适的，因为时间复杂度为 O(n1 + n2 + n3)，其中 n1、n2 和 n3 分别是相应字符串的长度。

相比之下，第二个代码片段展示了 std::ios_base::pword 的更复杂的利用，提供了更慷慨的类型擦除，并执行了其他任务。它增强了对多个自定义格式集的使用，并为每个格式集提供了多个字符串的输入。如复杂度分析所示，代码的性能取决于格式集的数量 (f)、字符串的总数 (m) 以及字符串的相应长度 (sum(n_i))。此函数以字符串形式接收输入，并返回已根据格式规则解析的时间值格式化字符串，此代码段的复杂度为 O(f + m + sum(n_i))。此代码段适用于格式规则取决于用户输入的情况。

总之，对利用 std::ios_base::pword 的 C++ 代码片段进行的复杂度分析表明，该功能在识别自定义流格式化方面具有多样性、灵活性和可能性。无论是要解决基本的格式化需求，还是要通过动态用户输入来处理复杂的请求，std::ios_base::pword 都非常适合利用输出流来满足不同应用程序的需求，因为它提供了一个非常强大的平台。通过理解本分析中概述的性能特征和注意事项，开发人员可以有效地利用 std 在其 C++ 项目中编写高效且灵活的格式化解决方案。