10.5K 782 122

Đã đăng vào thg 7 6, 2022 6:31 SA 12 phút đọc

40.1K

Bài 16: Nhập xuất dữ liệu bằng file và Kĩ năng debug code trên Code::Blocks

I. Nhập xuất dữ liệu bằng file trong C++

Từ đầu khóa học, chúng ta luôn luôn nhập dữ liệu vào từ bàn phím, và trả ra kết quả trên cửa sổ console (nói một cách dễ hiểu là kết quả hiển thị trực tiếp lên cửa sổ thực thi chương trình). Tuy nhiên, trong một số kỳ thi lập trình (đặc biệt là ở Việt Nam), và xa hơn là trong công việc lập trình sau này, có những lúc dữ liệu nhập vào rất nhiều và lớn, việc nhập bằng tay là không khả thi. Khi đó, dữ liệu thường sẽ được sinh ra sẵn và đặt trong một file text nào đó. Nhiệm vụ của người làm bài là nhận dữ liệu từ file text đó, thiết kế thuật toán sau đó đưa kết quả ra một file text tương đương (hoặc vẫn đưa kết quả ra cửa sổ thực thi - tùy vào yêu cầu bài toán). Rất may mắn là ngôn ngữ C/C++ cung cấp những cú pháp rất đơn giản để thực hiện nhập - xuất dữ liệu bằng file. Có hai phương pháp để làm điều này.

1. Sử dụng hàm `freopen()` trong thư viện `<cstdio>`

Với những người sử dụng editor Code::Blocks, đặc biệt là trong lĩnh vực lập trình thi đấu, hàm freopen() thực sự rất tiện lợi trong việc nhập xuất dữ liệu bằng file. Cú pháp sử dụng như sau:

freopen({Tên_file}, {Định_dạng_nhập_xuất}, {Luồng_vào_ra});

Khi cần sử dụng nhập xuất dữ liệu bằng file, hàm này thường sẽ được lập trình viên thêm vào ở ngay đầu tiên trong hàm main() của chương trình. Tuy nhiên, các đối số của nó thì có hơi phức tạp, giờ chúng ta cùng phân tích:

{Tên_file}: Là tên của file dữ liệu dùng để nhận dữ liệu đầu vào hoặc viết kết quả ra. File này có thể có nhiều phần mở rộng khác nhau, như .inp, .out, .dat, .in, .ou,...Tùy vào đề bài yêu cầu sử dụng định dạng gì thì chúng ta sử dụng định dạng đó.
{Định_dạng_nhập_xuất}: Là một chữ cái quy định rằng file dữ liệu này dùng để làm gì. Có $5$ định dạng nhập xuất sau đây:

Thông thường, trong lập trình thi đấu chúng ta sẽ chỉ lưu tâm tới hai định dạng là "r" và "w", do dữ liệu chỉ được nhập vào từ một file và in ra một file khác cùng tên (nhưng khác phần mở rộng).

{Luồng_vào_ra}: Là một trong hai luồng stdin hoặc stdout. Nếu như file dùng để đọc dữ liệu vào thì ta chọn luồng là stdin, ngược lại thì chọn stdout.

Ví dụ minh họa: Ví dụ dưới đây là một bài thi trong kỳ thi HSG Tin học với yêu cầu nhập dữ liệu từ file có phần mở rộng là .inp và in kết quả ra file có phần mở rộng là .out:

Đề bài yêu cầu nhập dữ liệu từ file Chinhphuong.inp và đưa kết quả ra file Chinhphuong.out sau khi tính toán. Vậy, ta chỉ cần thêm hai hàm freopen() ở đầu hàm main():

#include <cstdio>
#include <iostream>

using namespace std;

int main()
{
    freopen("Chinhphuong.inp", "r", stdin);
    freopen("Chinhphuong.out", "w", stdout);
   
    int N;
    cin >> N;

    for (int i = 1; i <= N; ++i)
        cin >> a[i];

    // Các câu lệnh khác trong chương trình có thể tiếp tục...
}

2. Sử dụng các kiểu dữ liệu `ifstream`, `ostream` và `fstream` trong thư viện `<iostream>`

2.1. Khai báo các file input và output

Ngoài cách sử dụng freopen(), C++ còn cung cấp sẵn ba lớp dưới đây để hỗ trợ đọc/ghi dữ liệu từ file:

ifstream: Sử dụng để đọc dữ liệu từ file.
ofstream: Sử dụng để ghi dữ liệu ra file.
fstream: Sử dụng để vừa đọc và ghi dữ liệu bằng file.

Để sử dụng được các lớp này (chúng giống như các kiểu dữ liệu vậy), các bạn cần khai báo hai thư viện: Thư viện <iostream> cho hai lớp ifstream và ofstream, thư viện <fstream> cho lớp fstream. Kế đến, các bạn tạo ra một đối tượng dùng để kiểm soát file dữ liệu theo cú pháp:

ifstream {Tên_biến_file_input};
ofstream {Tên_biến_file_output};
fstream {Tên_biến_file_vừa_input_vừa_output};

Chẳng hạn, ta có thể khai báo ra ba biến kiểm soát file input và output như sau:

ifstream input_file; // File để đọc dữ liệu vào.
ofstream output_file; // File để ghi dữ liệu ra.
fstrean io_file; // File để vừa đọc vừa ghi dữ liệu.

2.2. Mở một file để làm việc

Sau khi khai báo các đối tượng file, chúng ta cần mở nó ra để tiến hành đọc/ghi dữ liệu. Để làm việc này, ta sử dụng cú pháp:

{Tên_biến_file}.open("{Tên_file_cần_mở}", {Chế_độ_mở});

Trong đó, {Tên_biến_file} là tên biến mà các bạn đã khai báo để kiểm soát file, "{Tên_file_cần_mở}" là file trong máy tính mà các bạn muốn sử dụng, còn {Chế_độ_mở} là lựa chọn để mở file đó ra và làm gì với nó. Dưới đây là một số chế độ mở file phổ biến:

Ví dụ, sử dụng các biến file đã khai báo ở mục $2.1,$ các bạn có thể mở một file bất kỳ như sau:

input_file.open("sample_input.inp", ios::in);
output_file.open("sample_output.out", ios::out);

Mặc định đường dẫn của file sẽ được trỏ vào thư mục của project hiện tại bạn đang làm việc, nghĩa là file dữ liệu các bạn muốn mở ra phải nằm trong cùng thư mục của project đó. Nếu như bạn muốn mở một file ở ngoài project thì cần chỉ rõ đường dẫn của nó, chẳng hạn như: "D:\C++\SampleInput\sample_input.txt".

Một file có thể được mở với nhiều chế độ kết hợp cùng nhau, sử dụng toán tử |. Chẳng hạn, ta có thể mở các file đã khai báo ở mục $2.1$ ở một hoặc nhiều chế độ như sau:

output_file.open("sample_output.out", ios::out | ios::app);

Nếu như khi khi mở file mà các bạn để trống mục {Chế_độ_mở}, hệ thống sẽ tự động tạo chế độ mặc định cho nó. Các class ifstream, ofstream và fstream đều đã có chế độ mặc định:

Nếu cẩn thận hơn nữa, trước khi thao tác với file, các bạn có thể kiểm tra xem file đó đã mở thành công hay chưa bằng cú pháp:

{Tên_biến_file}.is_open(); // Trả về true nếu file đã mở thành công, ngược lại trả về false.

2.3. Thao tác đọc/ghi dữ liệu bằng file

Sau khi một file đã mở thành công, chúng ta có thể đọc/ghi dữ liệu bằng file đó thông qua các toán tử << và >> giống như hai câu lệnh cin và cout khi nhập xuất bằng luồng vào ra chuẩn. Cú pháp như sau:

{Tên_biến_file_input} >> {Tên_biến_nhập_vào};
{Tên_biến_file_output} << {Dữ_liệu_xuất_ra};

Chẳng hạn như:

input_file >> n;
output_file << "Hello World";

Các quy tắc nhập xuất lúc này giống hệt như khi thao tác với các câu lệnh cin và cout nên sẽ không có gì cần bàn luận thêm ở đây. Nếu muốn tìm hiểu thêm chi tiết về các thao tác trong nhập xuất dữ liệu bằng fstream, các bạn có thể đọc thêm ở link: https://www.cplusplus.com/doc/tutorial/files/

2.4. Đóng file sau khi sử dụng xong

Trong lập trình thi đấu, thao tác này thường không cần thiết vì việc đọc/ghi dữ liệu từ file chỉ diễn ra một lần duy nhất khi chạy chương trình. Tuy nhiên, trong các dự án lớn, thì sau khi hoàn thành việc đọc/ghi dữ liệu từ một file, các bạn cần đóng nó lại để các file đó lại có thể được mở ra sử dụng trong các tiến trình khác, đồng thời bảo toàn dữ liệu của chúng. Cú pháp để đóng một file như sau:

{Tên_biến_file}.close();

Tựu chung lại, đọc và ghi dữ liệu bằng file có thể được thực hiện theo hai cách trên. Tuy nhiên, đối với phạm vi lập trình thi đấu, sử dụng hàm freopen() sẽ được ưa thích hơn vì đơn giản, dễ nhớ.

II. Kĩ năng Debug từng dòng trong Code::Blocks

Trong khi lập trình, rất nhiều trường hợp chúng ta sẽ gặp phải những testcases bị sai, mặc dù chương trình vẫn chạy được (nhưng cho ra kết quả không đúng). Không phải ai cũng có khả năng chỉ nhìn vào code của mình mà tìm được những chỗ sai về mặt logic, khi đó việc debug code sẽ phát huy tác dụng. Nếu bằng cách nào đó, chúng ta lấy được những testcases bị chạy sai, hoặc tự mình tạo ra được những bộ testcases sai, thì ta có thể debug từng dòng code để theo dõi sự thay đổi của các biến, từ đó tìm ra những điểm chưa chính xác trong logic và sửa lại.

Để sử dụng tính năng debug code, chúng ta nên sử dụng cách nhập xuất dữ liệu từ file, sẽ thuận tiện hơn trong khi nhập liệu. Quy trình sẽ diễn ra qua các bước dưới đây:

Bước $1$ : Mở project chứa bài tập muốn debug lên kèm theo bài tập cần debug. Các file cần mở ra sẽ bao gồm: file .cpp chứa code, file .inp và .out để đọc và ghi dữ liệu. Dưới đây chúng ta sẽ thử mở một bài có tên là main.cpp với yêu cầu đơn giản là nhập vào một mảng và in ra tổng các phần tử của mảng đó:
Bước $2$ : Đặt con trỏ chuột vào vị trí nào các bạn muốn bắt đầu quá trình debug, rồi nhấn F4 (một số máy tính sẽ phải nhấn tổ hợp Fn - F4). Trong file main.inp đã được nhập sẵn dữ liệu về mảng gồm $6$ phần tử và danh sách các phần tử là $\{1, 2, 3, 4, 5, 6\}$ . Khi bắt đầu quá trình, một hình tam giác màu vàng sẽ hiện ra tại vị trí mà các bạn bắt đầu debug:
Bước $3$ : Chọn thẻ Debug $\rightarrow$ Debugging windows $\rightarrow$ Watches để bật chế độ quan sát các biến.
Bước $4$ : Khung cửa sổ Watches sẽ hiện ra. Các bạn có thể điều chỉnh kích thước theo ý của mình. Các bạn cần đặt con trỏ chuột nhấp nháy vào màn hình code thì mới có thể tiếp tục debug. Trong khung hình, các bạn có thể nhìn thấy các biến $n$ và $sum$ hiển thị ở mục Locals - tức là các biến cục bộ. Mặc định các biến cục bộ sẽ luôn luôn hiện ra khi debug trong một hàm nào đó. Nếu các bạn muốn xem thêm các biến toàn cục thì chỉ cần điền thêm nó vào khung Watches.
Bước $5$ : Tiến hành debug. Nhấn phím F7 (hoặc Fn - F7) để chạy xuống từng câu lệnh. Khi hình tam giác màu vàng chạy tới dòng nào, thì các biến trong khung Watches sẽ tự động thay đổi theo đúng logic thuật toán đã viết. Như ta thấy trên màn hình, khi con trỏ tam giác chạy tới câu lệnh cuối cùng, thì biến $n$ đã bằng $6,$ danh sách các phần tử trong mảng $a$ đã được cập nhật đủ $6$ giá trị và biến $sum = 21$ theo đúng thuật toán.

Đó là kĩ năng debug cơ bản. Để kết thúc quá trình debug, các bạn nhấn vào dấu x màu đỏ trên thanh công cụ

Bây giờ, nếu trong chương trình có thêm các hàm, và bạn muốn chạy debug cả trong hàm thì sao? Hãy giả sử luôn bài toán tính tổng mảng bên trên ta sẽ viết hàm để giải quyết, thì giải thuật sẽ trở thành như thế này:

Nếu tiếp tục nhấn F7 thì chương trình sẽ tự động thực hiện luôn quá trình diễn ra trong hàm sum(a, n) mà không cho phép chúng ta nhìn thấy những gì diễn ra bên trong hàm. Để tiến vào hàm và xem cụ thể từng câu lệnh trong hàm tác động đến các biến ra sao, ta nhấn tổ hợp phím Shift-F7 để tiến vào hàm, sau đó lại tiếp tục nhấn F7 để chạy các câu lệnh bên trong hàm.

III. Tài liệu tham khảo