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C++的IO流

news 来源：原创 2025/7/21 18:11:32

1. 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：

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。
可以使用这部分的内容实现“行”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”。

2. 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

3. 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

特性：

1、面向对象

2、针对自定义类型对象

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。

在使用时候必须要包含文件并引入std标准命名空间。

注意：

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。
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。
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。
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:
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。
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（linux下是不可以的，Linux下ctrl+Z是将进程挂起，还需要自己杀死，Linux下需要用ctrl+c，给进程发送一个信号，将进程杀掉）
```
// 单个元素循环输入
while(cin>>a)
{// ...
}
// 多个元素循环输入
while(c>>a>>b>>c)
{// ...
}
// 整行接收
while(cin>>str)
{// ...
}
```

istream类型对象转换为逻辑条件判断值

思考一下上面的cin>>str为什么可以当作while中的判断条件？

cin >> str   ---------> operator >> (cin, str)

上述函数返回类型为istream类型的对象即cin。

又因为istream类重载了operator bool函数，会隐式类型转换为bool类型的对象

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;
}
// C++ IO流，使用面向对象+运算符重载的方式
// 能更好的兼容自定义类型，流插入和流提取
int main()
{// 自动识别类型的本质--函数重载// 内置类型可以直接使用--因为库里面ostream类型已经实现了int i = 1;double j = 2.2;cout << i << endl;cout << j << endl;// 自定义类型则需要我们自己重载<< 和 >>Date d(2022, 4, 10);cout << d;while (d){cin >> d;cout << d;}return 0;
}

注意：cin慢是有原因的，其实默认的时候，cin与stdin总是保持同步的，也就是说这两种方法可以混用，而不必担心文件指针混乱，同时cout和stdout也一样，两者混用不会输出顺序错乱。正因为这个兼容性的特性，导致cin有许多额外的开销，如何禁用这个特性呢？只需一个语句std::ios::sync_with_stdio(false);，这样就可以取消cin于stdin的同步了，进而提高cin的效率了，cin读取的也就更快。

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：

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)
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
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
关闭文件

简单使用举例：

int main()
{ifstream ifs("Test.cpp");while(ifs){char ch = ifs.get();cout << ch;}return 0;
}

运行截图：

问：此处为什么可以使用while(ifs)？

答：因为iostream继承的是ios，而operator bool是在ios中的重载的。

当然，也可以像下面这样写：

int main()
{ifstream ifs("Test.cpp");char ch;while(ifs){ifs >> ch;cout << ch;}return 0;
}

运行截图：

问：如何复制一份当前的文件？

答：

代码：
int main()
{ifstream ifs("Test.cpp");ofstream ofs("Copy.cpp");char ch;while (~(ch = ifs.get())){ofs << ch;}return 0;
}
通过上面的代码，即可实现拷贝Test.cpp文件中的内容到新的文件Cop.cpp中。

注意：二进制形式读写不能将string类型的数据写到文件中，因为string类中存储的是指针，并不是有效的数据，当新的进程尝试从相应的指针中读取文件的时候，相应的位置中存储的内容已经发生改变或者并不具有读写权限，此时程序就会出错。

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 ServerInfo
{char _address[100];int _port;Date _date;
};
struct ConfigManager
{
public:ConfigManager(const char* filename):_filename(filename){}void WriteBin(const ServerInfo& info){ofstream ofs(_filename, ios_base::out | ios_base::binary);ofs.write((const char*)&info, sizeof(info));}void ReadBin(ServerInfo& info){ifstream ifs(_filename, ios_base::in | ios_base::binary);ifs.read((char*)&info, sizeof(info));}// C++文件流的优势就是可以对内置类型和自定义类型，都使用// 一样的方式，去流插入和流提取数据// 当然这里自定义类型Date需要重载>> 和 <<// istream& operator >> (istream& in, Date& d)// ostream& operator << (ostream& out, const Date& d)void WriteText(const ServerInfo& info){ofstream ofs(_filename);ofs << info._address << " " << info._port << " " << info._date;}void ReadText(ServerInfo& info){ifstream ifs(_filename);ifs >> info._address >> info._port >> info._date;}
private:string _filename; // 配置文件
};int main()
{ServerInfo info = { "https://legacy.cplusplus.com/reference/ios/ios/operator_bool/", 80, {2022, 10, 12} };//二进制的方式读写//ConfigManager cf_bin("testBin.cpp");//cf_bin.WriteBin(info);//将info数据写到"testBin.cpp"文件中//ServerInfo rbinfo;//cf_bin.ReadBin(rbinfo);//将"testBin.cpp"文件中的内容写到rbinfo对象中//cout << rbinfo._address << " " << rbinfo._port " " << rtinfo._date << endl;//文本的方式读写ConfigManager cf_txt("testTxt.cpp");//将info数据写道"testTxt.cpp"文件中cf_txt.WriteText(info);ServerInfo rtinfo;cf_txt.ReadText(rtinfo);//将"testTxt.cpp"文件中的内容写到rtinfo对象中cout << rtinfo._address << " " << rtinfo._port << " " << rtinfo._date << endl;return 0;
}

4. 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？

使用itoa()函数
使用sprintf()函数

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。

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;
}

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，本文主要介绍stringstream。

stringstream主要可以用来：

将数值类型数据格式化为字符串

int main()
{stringstream s;int a = 12345;string sa;s << a;s >> sa;cout << sa << endl;// 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();double d = 3.14159;string sd;s << d;s >> sd;cout << sd;return 0;
}

运行截图：

字符串拼接

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

序列化和反序列化结构数据

int main()
{Date d1 = { 2022, 10, 12 };Date d2;stringstream s;s << d1;s >> d2;cout << d2 << endl;s.clear();//清空s中的数据s.str("");return 0;
}

运行截图：

istringstream和ostringstream分别来使用：

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;
}
int main()
{int i = 123456;double d = 3.14159;Date date(2022, 10, 12);ostringstream oss;oss << i;string stri = oss.str();cout << stri << endl;oss.str("");oss << d;string strd = oss.str();cout << strd << endl;oss.str("");oss << date;string strdate = oss.str();cout << strdate << endl;istringstream iss(strdate);Date d2;iss >> d2;cout << d2;return 0;
}

运行截图：

注意：

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。
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。
可以使用s. str(“”)方法将底层string对象设置为""空字符串。
可以使用s.str()将让stringstream返回其底层的string对象。
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。

1. C语言的输入与输出

2. 流是什么

3. C++IO流

3.1 C++标准IO流

3.2 C++文件IO流

4. stringstream的简单介绍

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