Iostream

3. 구성 요소

C++ 입출력 라이브러리의 클래스들은 대부분 일반화된 클래스 템플릿으로 구현되어 있어 다양한 문자 유형에서 작동할 수 있다. 일반적으로 사용되는 템플릿과 문자 유형 조합에는 typedef를 통해 접근한다. 예를 들어, 파일 스트림 입출력을 구현하는 basic_fstream 템플릿은 보통 fstream이라는 typedef로 사용되는데, 이는 char 타입 문자에 대해 작동하는 basic_fstream>의 별칭이다.

라이브러리의 클래스는 크게 두 가지 기준으로 분류할 수 있다.

1. 추상화와 구현: 추상화 클래스는 특정 데이터 소스나 싱크(sink)에 의존하지 않고 모든 종류의 스트림에서 작동하는 인터페이스를 제공한다. 구현 클래스는 추상화 클래스를 상속받아 파일이나 메모리 버퍼와 같은 구체적인 데이터 소스/싱크에 대한 기능을 구현한다.

2. 하위 수준과 상위 수준: 하위 수준 작업을 처리하는 클래스는 스트림 버퍼(stream buffer)라고 하며, 서식 지정 없이 문자를 다룬다. 상위 수준 작업을 처리하는 클래스는 스트림(stream)이라고 하며, 스트림 버퍼를 기반으로 다양한 서식 지정 기능을 제공한다.

다음 표는 입출력 라이브러리에서 제공하는 주요 클래스를 기능별로 분류한 것이다.

3. 1. 헤더 파일

• ``: 서식 정보와 스트림 버퍼를 관리하는 ios_base 및 basic_ios 클래스를 포함한다.
• ``: 형식화된 입력을 처리하는 basic_istream 클래스 템플릿을 포함한다.
• ``: 형식화된 출력을 처리하는 basic_ostream 클래스 템플릿을 포함한다.
• ``: 형식화된 입출력을 처리하는 basic_iostream 클래스 템플릿을 포함하며, ``, ``, `` 헤더를 모두 포함한다.
• ``: 파일 스트림에서 형식화된 입출력을 처리하는 basic_ifstream, basic_ofstream, basic_fstream 클래스 템플릿을 포함한다.
• ``: 문자열 기반 스트림에서 형식화된 입출력을 처리하는 basic_istringstream, basic_ostringstream, basic_stringstream 클래스 템플릿을 포함한다.
• ``: 서식 조작자(manipulator)를 포함한다. 이는 출력 형식을 제어하는 데 사용된다.
• ``: 입출력 라이브러리의 모든 클래스에 대한 사전 선언(forward declaration)을 포함한다. 이는 전체 클래스 정의를 포함하지 않고 클래스 이름만 미리 알리는 역할을 한다.
• `` (C++23): 모든 출력 스트림이나 파일 스트림에 형식화된 문자열을 출력할 수 있게 해주는 print 함수들을 포함한다. 여기에는 std::print()와 std::println()이 있으며, std::println()은 각 출력이 추가적인 새 줄 문자로 끝난다는 점을 제외하면 std::print()와 동일하게 동작한다.

3. 2. 스트림 버퍼 (Stream Buffers)

3. 3. 지원 클래스 (Support Classes)

3. 3. 1. Typedefs

3. 3. 2. 서식 조작자 (Formatting Manipulators)

4. 입출력 스트림 (Input/Output Streams)

C++의 입출력 스트림은 주로 C++ 표준 라이브러리의 일부인 '''iostream''' 헤더 파일에 정의되어 있다. 이 이름은 '''I'''nput/'''O'''utput '''Stream'''을 의미한다. C 프로그래밍 언어와 달리 C++에는 데이터 입출력을 위한 특별한 문법이 없으며, 대신 서브루틴의 라이브러리 형태로 제공된다. iostream은 C의 stdio.h에서 기능을 가져온 cstdio 헤더와 마찬가지로 C++ 프로그램에 기본적인 입출력 서비스를 제공한다.

iostream 라이브러리는 객체인 '''cin'''(표준 입력), '''cout'''(표준 출력), '''cerr'''(표준 오류, 버퍼링 없음), '''clog'''(표준 로그, 버퍼링됨)를 통해 표준 스트림으로 데이터를 보내거나 받는다. 이 객체들은 C++ 표준 라이브러리의 일부이므로 '''std''' 네임스페이스에 속해 있다.^[8]

'''cout''' 객체는 '''ostream''' 타입이다. 이 타입은 왼쪽 비트 시프트 연산자 (<<)를 오버로드하여 데이터를 출력 스트림으로 보내는 역할을 한다. 이는 원래의 비트 연산과는 다른 기능이며, 연산 결과로 왼쪽 피연산자(ostream 객체 자신)를 반환하여 여러 출력을 연이어 작성하는 메소드 캐스케이딩과 유사한 플루언트 인터페이스를 가능하게 한다. '''cerr'''와 '''clog''' 객체도 '''ostream''' 타입이므로 동일한 방식으로 작동한다.

반면, '''cin''' 객체는 '''istream''' 타입이며, 오른쪽 비트 시프트 연산자 (>>)를 오버로드하여 입력 스트림으로부터 데이터를 읽어온다. 비트 시프트 연산자의 방향(<<, >>)은 데이터가 출력 스트림으로 흘러가거나 입력 스트림에서 흘러나오는 것처럼 보이도록 시각적으로 표현한다.

4. 1. 출력 포매팅 (Output Formatting)

4. 1. 1. 메서드 (Methods)

4. 1. 2. 조작자 (Manipulators)

다른 조작자는 헤더 iomanip을 사용하여 찾을 수 있다.

5. 사용 예

가장 기본적인 Hello world 프로그램은 다음과 같이 작성할 수 있다. using namespace std; 선언을 사용하면 std:: 접두사 없이 cout을 사용할 수 있다.



#include

using namespace std;

int main()

{

cout << "Hello, world!\n";

return 0;

}



이 코드는 "Hello, world!"라는 문자열과 함께 새 줄 문자를 화면에 출력한다.

네임스페이스를 명시적으로 사용하는 경우, C++23 표준 이전의 "Hello, World!" 프로그램은 헤더 파일을 사용하여 다음과 같이 표현할 수 있다.



#include

int main() {

std::cout << "Hello, world!" << std::endl;

}



이 코드는 "Hello, world!"를 출력하고, std::endl을 통해 줄 바꿈과 함께 출력 버퍼를 비운다(flush).

파일 입출력을 위해서는 헤더 파일을 사용한다. 다음은 'file.txt'라는 이름의 파일을 생성하고, 그 안에 "Hello, world!" 문자열과 줄 바꿈 문자를 쓰는 예제이다.



#include

int main() {

std::ofstream file("file.txt");

file << "Hello, world!" << std::endl;

}



여기서 std::ofstream은 출력 파일 스트림을 다루는 클래스이다.

C++23 표준부터는 헤더 파일 또는 표준 라이브러리 모듈 std를 통해 std::println 함수를 사용할 수 있다. 이를 이용한 "Hello, World!" 프로그램은 다음과 같다.



import std; // 또는 #include

int main() {

std::println("Hello, world!");

}



std::println 함수는 자동으로 줄 바꿈을 추가해준다.

6. 비판

서식 조작자는 사용 후 재설정하지 않으면, 다음 출력문에서 의도하지 않은 결과가 나타날 수 있다.

일부 C++ 표준 라이브러리 구현에는 상당한 양의 데드 코드가 포함될 수 있다. 예를 들어, GNU libstdc++는 프로그램이 날짜, 시간, 통화 등 로케일의 영향을 받는 형식을 사용하지 않더라도, `ostream` 객체를 생성할 때 자동으로 로케일 관련 생성자를 호출하여 로케일을 설정한다.^[9]

또한 GNU libstdc++ 환경에서 `iostream`을 사용하여 정적으로 연결된 "Hello, World!" 프로그램은 `cstdio`를 사용한 동일한 프로그램보다 실행 파일 크기가 상당히 커지는 경향이 있다.^[10] 다만, 임베디드 시스템과 같이 공간 제약이 큰 환경을 위해 설계된 C++ 표준 라이브러리의 부분 구현에서는 프로그램에 필요하지 않은 기능(예: 로케일 지원)을 `iostream`에서 제외하여 크기를 줄이기도 한다.^[11]

참조

_[1] 간행물 ISO/IEC 14882:2003 Programming Languages – C++. [lib.string.streams]/1
_[2] 서적 C++ Primer https://archive.org/[...] Addison-Wesley
_[3] 서적 The C++ programming language https://archive.org/[...] Addison-Wesley 1997
_[4] 서적 C++ Primer https://archive.org/[...] Addison-Wesley
_[5] 웹사이트 A History of C++: 1979–1991 http://www.stroustru[...]
_[6] 서적 C++ Primer https://archive.org/[...] Addison-Wesley
_[7] 웹사이트 " Visual Studio 2010" http://msdn.microsof[...] Microsoft MSDN: Visual Studio 2010 2011-09-28
_[8] 서적 C++ : Black Book Coriolis Group
_[9] 문서 GNU libstdc++ source code, bits/ios_base.h
_[10] 웹사이트 C++ vs. C – Pin Eight http://pineight.com/[...]
_[11] 웹사이트 uClibc++ C++ library http://cxx.uclibc.or[...] 2012-01-06