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C++中的IO流

news 2025/7/5 17:32:55

一、输入输出流

1.1C++中为什么要设计区别于C语言的输入/输出流

①是为了使用起来更方便，不必再去书写占位符

②让自定义类型的直接打印成为可能，只要使用运算符重载即可，而C语言中的输入/输出并不是运算符，自然也就无法重载

1.2cerr和clog

他们是为错误和日志准备的，这里的‘c’与cin/cout中含义一样，都是表示将其转化为char[]类型字符串进行输出

但实际使用起来cerr和clog与cout几乎一样，使用范围并不广

1.3 cin的循环输入与iostate标志位

1.3.1cin的循环输入

我们在做一些算法题的时候往往会遇到需要循环输入的情况，其做法是

while(cin>>str){//...}

在书写过程中按ctrl+z可以退出，它的原理是什么呢？

其实，cin>>str本质上是调用了string头文件下有关于>>的重载

其他内置类型也会去调用istream下的函数重载

可以看出，他们的返回值都是istream&类型

①为什么是引用类型

引用类型是因为输入流使用了单例模式，不允许拷贝构造和赋值重载

②为什么是istream进行条件判断

istream中实现了类型转换，转换其为bool类型，因此可以进行条件判断

综上，while(cin>>str)的本质实际上是

while(operator>>(cin,str).operator bool())

1.3.2 istream中进行bool类型转换的原理:iostate标志位

在io流中，有一个publid成员变量iostate（这是一个整型值）

其中含有四个标志（这四个标志的区分是用整型值在内存中存储时，某个对应位置的bit位是否为1来区分）

eofbit：即EOF

failbit：表示逻辑上操作错误

badbit：通常表示比较严重的错误，比如软件层面的程序问题

goodbit：正常状态

所谓operator bool就是查看标志位中的failbit或者badbit是否被设置为1，任何一个为1则返回0；其余情况返回1

1.3.3为什么结束输入的是ctrl+z

输入ctrl+z后，会设置failbit的标志与eofbit的标志为1，设置goodbit标志位为0

1.4四种标志位的接口查看及其使用

1.4.1接口查看函数

四种标志位分别有对应的查看接口

会返回bool类型值，查看对应标志的状态

1.4.2使用时的问题

如果我希望连续两次是用while(cin<<str)怎么做呢？

要退出第一次就会改变标志，而标志改变就会导致第二次进不去

此时需要使用重置函数clear，它可以进行标志的更新：默认goodbit为1，其他为0

1.5cin和cout的效率问题

在竞赛题中为了提高速度，在使用cin和cout的时候会加上以下三行代码

ios_base::sync_with_stdio(false);

cin.tie(nullptr);
cout.tie(nullptr);

他们的原理是什么？

①ios_base::sync_with_stdio(false);

C语言和C++有着不同的缓冲区

printf对应C语言的缓冲区cstdio流

cout对应C++的缓冲区iostream对象

而C++为了兼容C，在每次写入C++缓冲区之前与C语言缓冲区进行同步，这会造成一些消耗

将这一函数的参数置为false，即可关闭这种同步

② cin.tie(nullptr);和cout.tie(nullptr);

cin和cout本身也有绑定关系，可以通过nullptr将二者直接的绑定关系清空为“无绑定”

二、文件流fstream

2.1文件打开并进行读写的操作

使用的是open接口

①第一个参数与C中的fopen一样，都是指文件名

②第二个参数属于ios_base中定义的值

in表示读

out表示写

app属于在文件后添加

binary是读取二进制文件

如果要同时读+写等需求，中间用"|"连接；默认是读+写

完成读写操作，可以调用close接口进行文件的关闭

2.2使用举例

2.2.1向文件中写

首先需要包一下<fstream>头文件

写的方式有很多种，可以用put，write接口，也可以用<<重载

ofstream ofs_1;
//默认读+写
ofs_1.open("text.txt");

ofs_1.put('l');
ofs_1.write("abcdefgh", 5);
ofs_1 << "hello world" << endl;

int i = 98;
ofs_1 << i << endl;

ofs_1.close();

结果示意

从代码和结果中不难看出，最实用的还是<<运算符重载

其次close不主动调用也没关系，因为ofstream类型的对象会自动调用析构，析构中包含close

2.2.2从文件中读

可以在声明ifstream类型对象的时候直接初始化

我们要读当前Test.cpp文件的内容，需要使用的是get函数一个一个字符获取，包括空格和换行

如果使用流插入运算符>>会出现自动忽略换行的问题

ifstream ifs("Test.cpp");

char ch;
//ifs.open("Test.cpp");

while (ifs.eof() != 1)
{
	//ifs >> ch;
	ch = ifs.get();
	cout << ch ;
}
return 0;

使用 ifs >> ch

使用 ifs.get()

2.2.3二进制文件的读写

例如图片文件的读写

ifstream ifs;

char ch;
ifs.open("D:\\新建文件夹 (2)\\繁杂文件\\2.png",ios_base::in | ios_base::binary);


while (ifs.eof() != 1)
{
	//ifs >> ch;
	ch = ifs.get();
	cout << ch;
	
}

效果图