C++ 基础 IO 流

作者：可口也可樂

2022-10-26
湖南
本文字数：3804 字
阅读完需：约 12 分钟

@TOC

零、前言

本章将学习和掌握 C++的 IO 流的知识以及与 C 语言 IO 流做一个对比

一、C 语言的输入输出

概念：

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

示图：

对输入输出缓冲区的理解：

可以屏蔽掉低级 IO 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”

二、什么是流

概念：

“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”

特性：

有序连续、具有方向性

注：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

示图：

四、C++标准 IO 流

标准 IO 流对象：

C++标准库提供了 4 个全局流对象 cin、cout、cerr、clog

注：在使用时候必须要包含文件并引入 std 标准命名空间

介绍：

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
使用 cerr 用来进行标准错误的输出
使用 clog 进行日志的输

建议：

C++尽量去用 cin 和 cout，能用它就用他(便捷，不易出错)
用 cout 和 cin 不方便的地方，再去用 scanf 和 printf（如对于输出格式有特别需求的）

注意：

cout、cerr、clog 是 ostream 类的三个不同的对象，但是基本没有区别，只是应用场景不同
cin 为缓冲流
解释：
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
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

注意：

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
如果需要只以\n 作为结束符，可以使用 getline

\4. 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

注：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

循环输入

示例：

// 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){    // ...}

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注：我们知道 cin 的返回值是输入流，这里可以作为条件判断的原因是，C++重载了 operator bool（），要进行布尔判断时，会自动调用该函数进行返回值强制类型转化，再判断是否继续执行

除此之外，自定义类型也可以直接做条件逻辑判断

示例：

// evaluating a stream#include <iostream>     // std::cerr#include <fstream>      // std::ifstream
int main () {  std::ifstream is;  is.open ("test.txt");  if (is) {    // read file  }  else {    std::cerr << "Error opening 'test.txt'\n";  }  return 0;}

复制代码

注：operator bool () 提供一个本类型到 bool 的隐式转换，不允许使用参数（这样的重载是一个特例，与 operator new 类似）

五、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

示例：

#include<iostream>#include <fstream>using namespace std;
// 使用文件IO流用文本及二进制方式演示读写配置文件struct ServerInfo{    char _ip[32]; // ip    int _port; // 端口};struct ConfigManager{public:    ConfigManager(const char* configfile = "cfserver.config")        :_configfile(configfile)    {}
    void WriteBin(const ServerInfo& info)    {        // 这里注意使用二进制方式打开写        ofstream ofs(_configfile, ifstream::out | ifstream::binary);        ofs.write((const char*)&info, sizeof(ServerInfo));        ofs.close();    }
    void ReadBin(ServerInfo& info)    {        // 这里注意使用二进制方式打开读        ifstream ifs(_configfile, ifstream::in | ifstream::binary);        ifs.read((char*)&info, sizeof(ServerInfo));        ifs.close();    }
    void WriteText(const ServerInfo& info)    {        // 这里会发现IO流写整形比C语言那套就简单多了，        // C 语言得先把整形itoa再写        ofstream ofs(_configfile);        ofs << info._ip << endl;        ofs << info._port << endl;        ofs.close();    }
    void ReadText(ServerInfo& info)    {        // 这里会发现IO流读整形比C语言那套就简单多了，        // C 语言得先读字符串，再atoi        ifstream ifs(_configfile);        ifs >> info._ip;        ifs >> info._port;        ifs.close();    }private:    string _configfile; // 配置文件};int main(){    ConfigManager cfgMgr;    ServerInfo wtinfo;    ServerInfo rdinfo;    strcpy(wtinfo._ip, "127.0.0.1");    wtinfo._port = 80;    // 二进制读写    cfgMgr.WriteBin(wtinfo);    cfgMgr.ReadBin(rdinfo);    cout << rdinfo._ip << endl;    cout << rdinfo._port << endl;    // 文本读写    cfgMgr.WriteText(wtinfo);    cfgMgr.ReadText(rdinfo);    cout << rdinfo._ip << endl;    cout << rdinfo._port << endl;    return 0;}

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结果：

注：相比于 C 语言方便很多，不用控制格式

六、stringstream 的介绍和使用

引入：

在 C 语言中将一个整形变量的数据转化为字符串格式的方式有：

使用 itoa()函数
使用 sprintf()函数

注意：

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

示例：

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

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在 C++中，对此问题引入了 stringstream 类

注意：

使用时需包含头文件 sstream，在 sstream 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 作用：

将数值类型数据格式化为字符串

示例：

#include<sstream>void test_stringstream1(){    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;    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(); // 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;}

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结果：

字符串拼接

示例：

void test_stringstream2(){    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 sstream    sstream.str("");    sstream << "third string";    cout << "After clear, strResult is: " << sstream.str() << endl;}

复制代码

结果：

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

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原文链接:【http://xie.infoq.cn/article/6cb8cf7da9c2ccf3172e78fdb】。文章转载请联系作者。

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零、前言

一、C 语言的输入输出

二、什么是流

三、C++IO 流

四、C++标准 IO 流

五、C++文件 IO 流

六、stringstream 的介绍和使用

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