C++之IO流

目录

一、C语言的输入与输出

二、流是什么

三、C++IO流

3.1、C++标准IO流

3.2、C++文件IO流

四、stringstream的简单介绍

---

一、C语言的输入与输出

C语言中我们用到的最频繁的输入输出方式就是scanf ()与printf()。 scanf(): 从标准输入设备(键盘)读取数据，并将值存放在变量中。printf(): 将指定的文字/字符串输出到标准输出设备(屏幕)。 注意宽度输出和精度输出控制。C语言借助了相应的缓冲区来进行输入与输出。如下图所示：

对输入输出缓冲区的理解：

1. 可以屏蔽掉低级I/O的实现，低级I/O的实现依赖操作系统本身内核的实现，所以如果能够屏 蔽这部分的差异，可以很容易写出可移植的程序。
2. 可以使用这部分的内容实现“行(hang)”读取的行为，对于计算机而言是没有“行”这个概念，有了这部分，就可以定义“行”的概念，然后解析缓冲区的内容，返回一个“行”。

二、流是什么

• “流”即是流动的意思，是物质从一处向另一处流动的过程，是对一种有序连续且具有方向性的数据（ 其单位可以是bit,byte,packet ）的抽象描述。
• C++流是指信息从外部输入设备（如键盘）向计算机内部（如内存）输入和从内存向外部输出设备（显示器）输出的过程。这种输入输出的过程被形象的比喻为“流”。
• 它的特性是：有序连续、具有方向性
• 为了实现这种流动，C++定义了I/O标准类库，这些每个类都称为流/流类，用以完成某方面的功能。

三、C++IO流

C++系统实现了一个庞大的类库，其中ios为基类，其他类都是直接或间接派生自ios类。

3.1、C++标准IO流

C++标准库提供了4个全局流对象cin、cout、cerr、clog，使用cout进行标准输出，即数据从内存流向控制台(显示器)。使用cin进行标准输入即数据通过键盘输入到程序中，同时C++标准库还提供了cerr用来进行标准错误的输出，以及clog进行日志的输出，从上图可以看出cout、cerr、clog是ostream类的三个不同的对象，因此这三个对象现在基本没有区别，只是应用场景不同。

如图：

在使用时候必须要包含文件并引入std标准命名空间。

注意：

1. cin为缓冲流。键盘输入的数据保存在缓冲区中，当要提取时，是从缓冲区中拿。如果一次输入过多，会留在那儿慢慢用，如果输入错了，必须在回车之前修改，如果回车键按下就无法挽回了。只有把输入缓冲区中的数据取完后，才要求输入新的数据。

2. 空格和回车都可以作为数据之间的分格符，所以多个数据可以在一行输入，也可以分行输入。但如果是字符型和字符串，则空格（ASCII码为32）无法用cin输入，字符串中也不能有空格。回车符也无法读入。

3. cin和cout可以直接输入和输出内置类型数据，原因：标准库已经将所有内置类型的输入和输出全部重载了。如图：

4.  对于自定义类型，如果要支持cin和cout的标准输入输出，需要对和>>进行重载。

5. istream类型对象转换为逻辑条件判断值

istream& operator>> (int& val);

explicit operator bool() const;

实际上我们看到使用while(cin>>i)去流中提取对象数据时，调用的是operator>>，返回值是istream类型的对象，那么这里可以做逻辑条件值，源自于istream的对象又调用了operator bool，operator bool调用时如果接收流失败，或者有结束标志，则返回false。

6. 在线OJ中的输入和输出：

• 对于IO类型的算法，一般都需要循环输入：
• 输出：严格按照题目的要求进行，多一个少一个空格都不行。

连续输入时，vs系列编译器下在输入ctrl+Z时结束

示例代码：

解释：首先我们需要了解为什么cin读取后的返回值可以作为while循环的判断条件，cin读取后的返回值其实是一个istream类型，这里其实是利用返回值调用了istream类中重载的bool类型，如下：

while(cin>>ch)  ->  while (operator>>(cin, ch).operator bool())

通过将返回值转化为bool值，进而判断是否继续读取。那么是如何判断转化的bool值是true还是false的呢？其实IO流设置了四个标志，这四个标志用一个整型值来存储，像位图那样，不同位置为0还是为1代表了某一个标志位是否被设置。标志如图：

其中，eofbit被设置代表读取到文件末尾，failbit被设置代表读取过程中出现问题，但问题不大，通过重置标志位可继续读取，badbit被设置代表istream流出现了大问题，可能是溢出或者别的问题，当前流已经不可用了，goodbit被设置代表正常读取。istream流中有四个方法，分别可以获取对应标志位是否被设置，如果被设置，方法返回true，否则false。如图：

示例代码一：

int main()
{string str;//先看一下没有读取时标志位如何cout << cin.good() << endl;cout << cin.eof() << endl;cout << cin.bad() << endl;cout << cin.fail() << endl << endl;// istream& operator>> (istream& is, string& str);//while (cin >> str)while (operator>>(cin, str).operator bool()){cout << cin.good() << endl;cout << cin.eof() << endl;cout << cin.bad() << endl;cout << cin.fail() << endl << endl;cout << str << endl;			}cout << cin.good() << endl;cout << cin.eof() << endl;cout << cin.bad() << endl;cout << cin.fail() << endl << endl;return 0;
}

效果：

解释：从图中看可以看出，最开始只有goodbit被设置，也只有当goodbit被设置时可以正常读取，当我们输入Ctrl+Z和换行时，eofbit，failbit被设置，程序因此停止。

示例代码二：

int main()
{string str;//先看一下没有读取时标志位如何cout << cin.good() << endl;cout << cin.eof() << endl;cout << cin.bad() << endl;cout << cin.fail() << endl << endl;// istream& operator>> (istream& is, string& str);//while (cin >> str)while (operator>>(cin, str).operator bool()){cout << cin.good() << endl;cout << cin.eof() << endl;cout << cin.bad() << endl;cout << cin.fail() << endl << endl;cout << str << endl;			}cout << cin.good() << endl;cout << cin.eof() << endl;cout << cin.bad() << endl;cout << cin.fail() << endl << endl;while (cin >> str){cout << cin.good() << endl;cout << cin.eof() << endl;cout << cin.bad() << endl;cout << cin.fail() << endl << endl;cout << str << endl;}return 0;
}

效果：

解释：从上面图中可以看出，当我们将标志位通过某种方式设置为不可读取后，即使后面还有读取操作，也会因为标记位被设置而无法读取。如果我们想让后面能够继续读取就需要重置标记位。方法如下图。

示例代码三：

int main()
{string str;//先看一下没有读取时标志位如何cout << cin.good() << endl;cout << cin.eof() << endl;cout << cin.bad() << endl;cout << cin.fail() << endl << endl;// istream& operator>> (istream& is, string& str);//while (cin >> str)while (operator>>(cin, str).operator bool()){cout << cin.good() << endl;cout << cin.eof() << endl;cout << cin.bad() << endl;cout << cin.fail() << endl << endl;cout << str << endl;			}cout << cin.good() << endl;cout << cin.eof() << endl;cout << cin.bad() << endl;cout << cin.fail() << endl << endl;// 恢复标志状态cin.clear();while (cin >> str){cout << cin.good() << endl;cout << cin.eof() << endl;cout << cin.bad() << endl;cout << cin.fail() << endl << endl;cout << str << endl;}return 0;
}

注意：Ctrl+C和Ctrl+Z是不同的，Ctrl+C是发送信号将进程杀掉，而Ctrl+Z是设置标记位，使循环读取结束。

7. 输入的数据类型必须与要提取的数据类型一致，否则出错。出错只是在流的状态字state中对应位置位（置1），程序继续。

示例代码：

int main()
{int i = 0;cout << cin.good() << endl;cout << cin.eof() << endl;cout << cin.bad() << endl;cout << cin.fail() << endl << endl;cin >> i;cout << i << endl;// 11ssscout << cin.good() << endl;cout << cin.eof() << endl;cout << cin.bad() << endl;cout << cin.fail() << endl << endl;
}

效果：

解释：从图中可以看出当读取数据类型与需要的类型不一致时，failbit被设置，同时这里因为读取失败，将 i 置为了0。

解决方法：

int main()
{int i = 0;cout << cin.good() << endl;cout << cin.eof() << endl;cout << cin.bad() << endl;cout << cin.fail() << endl << endl;cin >> i;cout << i << endl;// 11ssscout << cin.good() << endl;cout << cin.eof() << endl;cout << cin.bad() << endl;cout << cin.fail() << endl << endl;cin >> i;cout << i << endl;if (cin.fail()){cin.clear();char ch;while (cin.get(ch)){cout << ch;}}cin >> i;cout << i << endl;cout << cin.good() << endl;cout << cin.eof() << endl;cout << cin.bad() << endl;cout << cin.fail() << endl << endl;return 0;
}

3.2、C++文件IO流

C++根据文件内容的数据格式分为二进制文件和文本文件。采用文件流对象操作文件的一般步 骤：

1. 定义一个文件流对象：

• ifstream ifile(只输入用)
• ofstream ofile(只输出用)
• fstream iofile(既输入又输出用)

2. 使用文件流对象的成员函数打开一个磁盘文件，使得文件流对象和磁盘文件之间建立联系。

3. 使用提取和插入运算符对文件进行读写操作，或使用成员函数进行读写。

4. 关闭文件。

示例代码一：

#include<fstream>int main()
{//两种打开文件方式//可以在构造时打开//也可以调用open方法ofstream ofs("test.txt");//ofs.open("test.txt");//三种写入方式ofs.put('x');ofs.write("hello\n", 6);//重载<< 这种方式好用ofs << "22222222" << endl;int x = 111;double y = 1.11;ofs << x << endl;ofs << y << endl;//关闭文件// 可以显式调用close关闭// 也可以不管，它会自动关闭，因为C++中将其封装为类// 它有析构，生命周期到了自动释放//ofs.close();return 0;
}

示例代码二：（统计二进制文件的字符个数）

int main()
{//ifstream ofs("test.cpp");ifstream ofs("D:\\360MoveData\\Users\\xjh\\Desktop\\8-10.png", ios_base::in | ios_base::binary);int n = 0;while (!ofs.eof()){char ch = ofs.get();//cout << ch;++n;}cout << n << endl;return 0;
}

示例代码三：

struct ServerInfo
{//char _address[32];string _address;int _port;//Date为自己封装的类Date _date;
};

解释：上面代码为一个结构化数据，其中有一个成员变量是string类型的，当string数据足够大时，它的数据是存在堆上的，string本身只会存储一个指向这块堆空间的指针，这时写入数据就只会写入该指针，当我们去读的时候就会造成非法访问，因为写的进程可能已经结束了，这块堆空间已经释放了。所以对于这种自定义类型进行文件操作时需要注意，我们要写的是内容，而不是指针。

四、stringstream的简单介绍

在C语言中，如果想要将一个整形变量的数据转化为字符串格式，如何去做？

1. 使用itoa()函数
2. 使用sprintf()函数

示例代码：

int main()
{int n = 123456789;char s1[32];_itoa(n, s1, 10);char s2[32];sprintf(s2, "%d", n);char s3[32];sprintf(s3, "%f", n);return 0;
}

但是两个函数在转化时，都得需要先给出保存结果的空间，那空间要给多大呢，就不太好界定， 而且转化格式不匹配时，可能还会得到错误的结果甚至程序崩溃。

在C++中，可以使用stringstream类对象来避开此问题。在程序中如果想要使用stringstream，必须要包含头文件。在该头文件下，标准库三个类：istringstream、ostringstream 和 stringstream，分别用来进行流的输入、输出和输入输出操作。

stringstream主要可以用来：

1. 将数值类型数据格式化为字符串

int main()
{int a = 12345678;string sa;// 将一个整形变量转化为字符串，存储到string类对象中stringstream s;s << a;s >> sa;// clear()// 注意多次转换时，必须使用clear将上次转换状态清空掉// stringstreams在转换结尾时(即最后一个转换后),会将其内部状态设置为badbit// 因此下一次转换是必须调用clear()将状态重置为goodbit才可以转换// 但是clear()不会将stringstreams底层字符串清空掉// s.str("");// 将stringstream底层管理string对象设置成"", // 否则多次转换时，会将结果全部累积在底层string对象中s.str("");s.clear();   // 清空s, 不清空会转化失败double d = 12.34;s << d;s >> sa;string sValue;sValue = s.str();  // str()方法：返回stringsteam中管理的string类型cout << sValue << endl;return 0;
}

2. 字符串拼接

int main()
{stringstream sstream;// 将多个字符串放入 sstream 中sstream << "first" << " " << "string,";sstream << " second string";cout << "strResult is: " << sstream.str() << endl;// 清空 sstreamsstream.str("");sstream << "third string";cout << "After clear, strResult is: " << sstream.str() << endl;return 0;
}

3. 序列化和反序列化结构数据

class Date
{friend ostream& operator << (ostream& out, const Date& d);friend istream& operator >> (istream& in, Date& d);
public:Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1):_year(year), _month(month), _day(day){}operator bool(){// 这里是随意写的，假设输入_year为0，则结束if (_year == 0)return false;elsereturn true;}
private:int _year;int _month;int _day;
};istream& operator >> (istream& in, Date& d)
{in >> d._year >> d._month >> d._day;return in;
}ostream& operator << (ostream& out, const Date& d)
{out << d._year << " " << d._month << " " << d._day;return out;
}struct ChatInfo{string _name; // 名字int _id;      // idDate _date;   // 时间string _msg;  // 聊天信息};int main()
{// 结构信息序列化为字符串ChatInfo winfo = { "张三", 135246, { 2022, 4, 10 }, "晚上一起看电影吧"};ostringstream oss;oss << winfo._name << " " << winfo._id << " " << winfo._date << " "<< winfo._msg;string str = oss.str();cout << str << endl << endl;// 我们通过网络这个字符串发送给对象，实际开发中，信息相对更复杂，// 一般会选用Json、xml等方式进行更好的支持// 字符串解析成结构信息ChatInfo rInfo;istringstream iss(str);iss >> rInfo._name >> rInfo._id >> rInfo._date >> rInfo._msg;cout << "-------------------------------------------------------"<< endl;cout << "姓名：" << rInfo._name << "(" << rInfo._id << ") ";cout << rInfo._date << endl;cout << rInfo._name << ":>" << rInfo._msg << endl;cout << "-------------------------------------------------------"<< endl;return 0;
}

istringstream，ostringstream使用示例代码：

int main()
{int i = 123;Date d = { 2022, 4, 10 };ostringstream oss;oss << i << endl;oss << d << endl;string s = oss.str();cout << s << endl;//istringstream iss(s);//istringstream iss;//iss.str("100 2024 9 9");istringstream iss("100 2024 9 9");int j;Date x;iss >> j >> x;return 0;
}

注意：

1. stringstream实际是在其底层维护了一个string类型的对象用来保存结果。

2. 多次数据类型转化时，一定要用clear()来清空，才能正确转化，但clear()不会将stringstream底层的string对象清空。

3. 可以使用s. str("")方法将底层string对象设置为""空字符串。

4. 可以使用s.str()将让stringstream返回其底层的string对象。

5. stringstream使用string类对象代替字符数组，可以避免缓冲区溢出的危险，而且其会对参数类型进行推演，不需要格式化控制，也不会出现格式化失败的风险，因此使用更方便，更安全。