SML输入输出操作全解析

### SML 输入输出操作全解析 在编程中，输入输出（I/O）操作是与外界进行数据交互的重要手段。SML（Standard ML）作为一种功能强大的编程语言，也提供了丰富的 I/O 功能。本文将详细介绍 SML 中的输入输出操作，包括基本概念、不同类型数据的输出、键盘输入、交互式 I/O 以及异常处理等方面。 #### 1. 引言 在 SML 编程中，以往我们主要在 SML 系统内部进行操作，输入数据和输出结果都是 SML 值。现在，我们将探讨如何从 SML 系统外部，如键盘或文件获取输入数据，以及如何在屏幕或文件中呈现结果，而不受 SML 值形式的限制。 SML 的输入输出操作基于字符序列。系统提供了从输入源获取字符序列作为字符串，并将其发送到输出目标的函数，我们将以此为基础进行更复杂的 I/O 操作。 I/O 操作有两种互补的方法： - 整体处理：对于输出，可以将整个字符串组装好后一次性显示或发送到文件；对于输入，可以一次性读取整个字符串，然后使用之前章节讨论的词法和字符串处理技术提取信息。 - 逐项处理：逐次输出和输入值，而不是一次性打包或解包。嵌套的 let 表达式在这种情况下对于 I/O 操作的排序非常有用。 这两种方法可以结合用于交互式 I/O，即程序提示用户输入信息，显示结果后再提示用户输入更多信息。 SML 的 I/O 基于流（streams），流分为输入流（instream）和输出流（outstream），但同一时间一个流只能用于输入或输出。通常，通过打开文件来建立流，系统会分配一个新的流。流值不能直接显示，但也无需显示，而是将流值与一个名称关联，使用该名称将流传递给 I/O 函数。内置的输入流 `std_in` 可用于从键盘输入，内置的输出流 `std_out` 可用于向屏幕输出。需要注意的是，`instream` 和 `outstream` 不是可比较类型，不能通过比较两个流来识别它们。 #### 2. 单元类型 单元类型只有一个值 `()`，例如 `()` 的类型就是 `unit`。单元类型用于在操作后给出中性结果，或向函数传递中性参数。在模式匹配中，`()` 可作为虚拟参数使用。许多 I/O 函数返回 `()` 作为结果。以下是一些示例代码： ```sml – ( ); > () : unit – fun hello( ) = "hello"; > val hello = fn : unit -> string – hello( ); > "hello" : string ``` #### 3. 屏幕输出 基本的屏幕输出使用系统函数 `output`，它接受一个由输出流和字符串组成的元组作为参数，将字符串显示在指定的输出流上，不显示引号，并返回单元值 `()`。例如： ```sml – output; > fn : outstream * string -> unit – output (std_out, "banana"); banana > ( ) : unit ``` 可以使用换行符 `\n` 使后续输出出现在新的一行。为了方便使用，我们可以封装 `output` 函数，创建字符串输出到屏幕的函数： ```sml – (* string write to standard output *) fun swrite s = output (std_out, s); > val swrite = fn : string -> unit – swrite "fritters"; fritters > ( ): unit ``` 在此基础上，我们可以创建一个在显示字符串后添加换行符的函数： ```sml – (* newline terminated string write to standard output *) fun swriteln s = swrite (s^"\n"); > val swriteln = fn : string -> unit – swriteln "split"; split > ( ) : unit ``` #### 4. 字符串列表输出 当我们有一个字符串列表并想在屏幕上显示时，可以直接将列表内的字符串拼接并打印，但 `implode` 函数会将列表元素连接在一起，中间没有间隔。为了在字符串之间添加空格，我们可以编写一个递归函数 `spimplode`： ```sml – (* space separated implode *) fun spimplode [ ] = " " | spimplode [s] = s | spimplode (h::t) = h^" "^spimplode t; > val spimplode = fn : string list -> string – spimplode ["water","for", "wetness"]; > "water for wetness" : string ``` 然后，我们可以定义一个函数 `slwrite` 来输出用空格分隔的字符串列表： ```sml – (* space separated string list write to standard output *) fun slwrite s = swrite (spimplode s); > val slwrite = fn : string list -> unit – slwrite ["water", "for", "wetness"]; water for wetness > ( ) : unit ``` 为了在字符串序列后添加换行符，我们可以定义 `slwriteln` 函数： ```sml – (* newline terminated, space separated string list write to standard output *) fun slwriteln s = swriteln (spimplode s); > val slwriteln = fn : string list -> unit – slwriteln ["water", "for", "wetness"]; water for wetness > ( ) : unit ``` 如果想将字符串列表的每个元素显示在单独的一行，可以使用 `addnl` 函数在每个字符串末尾添加换行符，然后使用 `slwritelns` 函数输出： ```sml – (* join newline to each in string list *) val addnl = map (fn s => s^"\n"); > val addnl = fn : string list -> string list – addnl ["able", "baker", "charlie"]; > ["able\n", "baker\n", "charlie\n"] : string list – (* separate line string list write to standard output *) fun slwritelns s = swrite (implode (addnl s)); > val slwritelns = fn : string list -> unit – slwritelns ["able", "baker", "charlie"]; able baker charlie > ( ) : unit ``` #### 5. 整数列表输出 在之前的章节中，我们编写了将整数转换为字符串的函数 `iconv` 和 `iconv1`。利用这些函数，我们可以将整数输出到屏幕： ```sml – (* convert integer to string *) fun iconv 0 = "0" | iconv n = iconv1 n > val iconv = fn : int -> string (* convert integer to string ignoring single 0 *) and iconv1 0 = " " | iconv1 n = iconv1 (n div 10)^chr (n mod 10+ord "0"); > val iconv1 = fn : int -> string – (* integer write to standard output *) fun iwrite i = swrite (iconv i); > val iwrite = fn : int -> unit – iwrite 777; 777> ( ) : unit ``` 若要将整数显示在一行的末尾，可以在其字符串表示后添加换行符： ```sml – (* newline terminated integer write to standard output *) fun iwriteln i = swriteln (iconv i); > iwriteln = fn : int -> unit – iwriteln 888; 888 > ( ) : unit ``` 对于整数列表，可以先将每个整数转换为字符串，然后使用 `slwrite` 函数输出用空格分隔的整数列表： ```sml – (* space separated integer-list write to standard output *) fun ilwrite l = slwrite (map iconv l); > val ilwrite = fn : int list -> unit – ilwrite [1, 3, 5, 7]; 1 3 5 7> ( ) : unit ``` 同样，为了在整数列表显示后添加换行符，可以定义 `ilwriteln` 函数： ```sml – (* newline terminated, space separated integer list write to standard output *) fun ilwriteln s = slwriteln (map iconv s); > val ilwriteln = fn : int list -> unit – ilwriteln [3, 6, 9, 12]; 3 6 9 1 2 > ( ) : unit ``` #### 6. 格式化输出 在很多情况下，我们希望在固定宽度的字段中打印项目，例如排版表