4.9　操纵算子

从前面的程序可以看出，调用成员函数进行流的格式化操作有些冗长乏味。为使读操作和写操作更容易，C++语言提供了操纵算子的集合，这些操纵算子可以实现与相应的成员函数相同的功能。操纵算子使用起来更方便，因为可以在一个表达式中插入它们；不需要单独的函数调用语句。

操纵算子改变流的状态而不是（或同时）处理数据。例如，当在一个输出表达式中插入endl时，不但在流中插入了一个换行符，而且刷新了流（即，将存储在流内部缓冲区中但还未真正输出的所有字符输出）。也可像这样刷新流：

这引起调用成员函数flush（）的副作用，即

（没在流中插入任何东西。）其他的基本操纵算子改变数的基数为oct（八进制）、dec（十进制）或hex（十六进制）：

既然这样，以后的数字输出将继续保持为十六进制模式，直至修改它。通过在输出流中插入dec或oct来改变这种模式。

也存在一种针对提取操作的操纵算子，它可以“吃掉”空格：

不带参数的操纵算子在头文件＜iostream＞中定义。包括dec、oct和hex，分别对应于setf（ios：dec, ios：basefield）、setf（ios：oct, ios：basefield）和setf（ios：hex, ios：basefield），但前者更简洁。在头文件＜iostream＞中也包含ws、endl和flush以及在这里说明的其他操纵算子：

4.9.1　带参数的操纵算子

有6个标准的带参数的操纵算子，如setw（）。这些操纵算子在头文件＜iomanip＞中定义，下表对这些操纵算子做了总结：

如果程序中大量使用流格式化操作，则可以发现使用操纵算子代替调用流类成员函数可以简化代码。这里的例子用操纵算子重写了前面的程序。（程序中删除了D（）宏，使得代码更容易阅读。）

读者可以看到，在这个程序中有多处地方，将多条语句合并到一条链式表达的插入语句中。注意对函数setiosflags（）的调用，其参数为几个格式化标志的按位或。前一例子中相同的功能由setf（）和unsetf（）实现。

对输出流使用函数setw（）时，输出表达式被格式化输出到一个临时串，格式化串的长度与传递给setw（）的参数相比较，根据比较结果决定是否需要用当前填充字符填补空余位置。换言之，setw（）影响格式化输出操作的结果字符串。同样，对输入流使用setw（）函数进行设置，只在读字符串时有意义，下面的例子很清楚地说明了这一点：

如果试图读一个字符串，函数setw（）准确地控制着提取字符的数目，读取过程遇到小数点时结束。第1次提取获得了两个字符，而第2次提取仅获得了一个字符，尽管将读取数目设置为两个。这是因为operator＞＞（）使用空格作为界定符（除非关闭skipws标志）。然而，当试图读取一个数字时，例如读取x，不能用setw（）来限定读取字符的个数。对于输入流，setw（）只能用于字符串的提取。

4.9.2　创建操纵算子

有时，读者喜欢创建自己的操纵算子，而且创建过程也相当简单。不带参数（零参数，zero-argument）的操纵算子是仅一个函数，例如endl，它只是以ostream对象的引用为参数，返回值为一个ostream对象的引用的函数。endl的声明为：

现在，当执行语句

时，endl将产生该函数的地址。编译器会问，“是否存在一个函数，它以一个函数的地址作为参数？”头文件＜i o s t r e a m＞中的预定义函数负责这项工作；这些函数称为应用算子（applicator）（因为它们将一个函数应用到流类）。应用算子调用它的函数参数，并传递ostream对象作为自己的参数。在这里，不需要知道应用算子是如何创建操纵算子的；仅需知道操纵算子的存在。这里有一个（简化的）ostream应用算子的代码：

实际的定义因涉及模板会更复杂一些，这行代码说明了这项技术。当一个函数，如*pf（以流作为参数，返回流的引用），被插入到一个流中时，调用上面的应用算子函数，之后执行pf指针指向的函数。ios_base、basic_ios、basic_ostream和basic_istream的应用算子在标准C++库中预定义。

这里有一个比较简明的例子解释了上面所描述的过程，例子中创建了一个叫做nl的操纵算子，它的作用是在流中插入换行符（也就是说，这个操纵算子不刷新流，不像endl那样）：

当插入nl到一个输出流如cout时，调用顺序为：

表达式

在函数nl（）内部调用ostream：operator（char），它返回一个流对象，这个流对象最终从nl（）返回。^[1]

4.9.3　效用算子

读者已经看到，零参数的操纵算子很容易创建。但是如何创建带参数的操纵算子呢？如果研究头文件＜iomanip＞，就会发现一种称作smanip的类型，它返回带参数的操纵算子。读者也许试图仿照smanip定义自己的带参数的操纵算子，但是请不要这样做。因为类型smanip是依赖于系统实现的，所以不具备可移植性。幸运的是，可以使用由Jerry Schwarz提出的叫做效用算子（effector）的技术直接定义独立于机器实现的操纵算子。^[2]一个效用算子是一个简单的类，该类的构造函数可以格式化一个字符串，这个字符串描述了读者希望的操作，并将这个字符串连同重载的operator＜＜一起插入到流中。这里有一个含有两个效用算子的程序例子。第1个效用算子输出一个截断的字符串，第2个效用算子以二进制方式输出一个数。

类Fixw的构造函数创建char*参数的一个被截短的拷贝，由析构函数释放创建拷贝时分配的内存。重载运算符operator＜＜把第2个参数的内容即Fixw对象插入到第1个参数即ostream对象中，然后返回ostream对象，所以它能够在一个链式表达式中使用。当在一个表达式中使用Fixw时，如下所示：

该语句调用类Fixw的构造函数创建一个Fixw临时对象，这个临时对象被传给operator＜＜。它的作用相当于带参数的操纵算子。临时Fixw对象在这条语句结束前将一直存在。

Bin效用算子依赖这样一个事实：右移无符号数字时在二进制数的高位补零。可以使用numeric_limits＜unsigned long＞：max（）（产生unsigned long数的最大值，在标准头文件＜limits＞中定义）利用高位集产生一个值，并且这个值从头至尾进行位移用来询问被测试的数字（通过右移），依次屏蔽每一位。为了具有可读性，现在已经将代码中的字符串文字并列；编译器会将分开的这些字符串合并到一个字符串中。

这项技术历来存在的问题是：一旦为char*创建了Fixw对象或为unsigned long创建了Bin对象，就不允许再为Fixw类或Bin类创建不同的类对象。然而，使用名字空间后这个问题就不存在了。效用算子和操纵算子并不等同，尽管它们可以用来解决相同的问题。如果发现某个问题使用效用算子不能解决，就需要克服操纵算子的复杂性。

[1]在把nl定义到头文件之前，使之成为inline（内联）函数。

[2]Jerry Schwarz是输入输出流的设计者。