C++进阶—C++的IO流
第一章：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”。
第二章：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
第三章：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。
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. 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，程序继续。
3. 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。
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:
5. 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。
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
// 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) {// ...
}7. istream类型对象转换为逻辑条件判断值
istream& operator>> (int& val);
explicit operator bool() const;http://www.cplusplus.com/reference/istream/istream/operator%3E%3E/
http://www.cplusplus.com/reference/ios/ios/operator_bool/
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。
类型转换
- 内置类型之间，相近类型可以转换
- 构造函数，其他类型转换成自定义类型，有构造函数就可以支持：自定义类型 <- 内置类型，自定义类型 <- 自定义类型
- operator type() 内置类型 <- 自定义类型
// 自定义类型 <- 内置类型
class C {
public:C(int x) {}
};// 自定义类型 <- 自定义类型
class D {
public:D(const C& c) {}
};// 内置类型 <- 自定义类型
class E {
public:operator int() {// ...return 0;}
};int main() {int* p = nullptr;int i = (int)p;// 自定义类型 <- 内置类型C c1 = 11;string s1 = "xxxx";// 自定义类型 <- 自定义类型D d = c1;list<int> lt;list<int>::const_iterator it = lt.begin();// 内置类型 <- 自定义类型E e;int x = e;cout << x << endl;return 0;
}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
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;
}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
1. 二进制读写
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;else return 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 {//string s;//改为string报错。写入和读取的string的_str指向同一块空间//同一进程就是浅拷贝，不同进程发生野指针//二进制读写不要用容器，容器没有存数据，而是指向数据的指针char _address[32];double _x;Date _date;
};
class BinIO {
public:BinIO(const char* filename = "info.bin"):_filename(filename) {}void Write(const ServerInfo& winfo) {ofstream ofs(_filename, ofstream::out | ofstream::binary);ofs.write((char*)&winfo, sizeof(winfo));}void Read(ServerInfo& rinfo) {ifstream ifs(_filename, ifstream::in | ifstream::binary);ifs.read((char*)&rinfo, sizeof(rinfo));}
private:string _filename;
};//写
int main() {ServerInfo winfo = { "192.0.0.1", 12.13, { 2022, 4, 10 } };BinIO bin;bin.Write(winfo);return 0;
}//读
int main() {ServerInfo rinfo = {};BinIO bin;bin.Read(rinfo);return 0;
}2. 文本读写
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;else return 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];double _x;Date _date;
};
class TextIO {
public:TextIO(const char* filename = "info.text"):_filename(filename) {}// 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 Write(const ServerInfo& winfo) {ofstream ofs(_filename);ofs << winfo._address << endl;ofs << winfo._x << endl;ofs << winfo._date << endl;}void Read(ServerInfo& rinfo) {ifstream ifs(_filename);ifs >> rinfo._address;ifs >> rinfo._x;ifs >> rinfo._date;}
private:string _filename;
};//写
//格式化数据 → 文本字符串
int main() {ServerInfo winfo = { "https://legacy.cplusplus.com/reference/istream/istream/", 12.13, { 2022, 4, 10 } };TextIO text;text.Write(winfo);////C语言转换//double x = 1.111;//char buff[128];//sprintf(buff, "%lf", x);//将格式化数据写入字符串////C++//to_string(x);return 0;
}//读
//文本字符串 → 格式化数据
int main() {ServerInfo rinfo = {};TextIO text;text.Read(rinfo);cout << rinfo._address << endl;cout << rinfo._x << endl;cout << rinfo._date << endl;return 0;
}第四章：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：
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;
}SQL语句演示
int main() {//C语言SQL语句char sql1[128];char name[10];scanf("%s", name);sprintf(sql1, "select * from t_score where name = '%s'", name);printf("%s\n", sql1);//C++SQL语句string sql2;sql2 += "select * from t_score where name = '";sql2 += name;sql2 += "'";cout << sql2 << endl;//查询日期(自定义类型)string sql3;Date d(2025, 8, 6);//sql3 += "select * from t_data where date = '";//sql3 += d;//Date类型不能+=到string类型//sql3 += "'";//在内存中构建和格式化字符串 的流类。//ostringstream 并不是用于文件读写的，而是专门用于 在内存中构建和格式化字符串 的流类。ostringstream oss;//将自定义类型转换为字符串oss << d;sql3 += "select * from t_data where date = '";sql3 += oss.str();sql3 += "'";cout << sql3 << endl;//实践中用法ostringstream sqloss;sqloss << "select * from t_data where date = '" << d << "'";cout << sqloss.str() << endl;return 0;
}3. 序列化和反序列化结构数据
//序列化 - 将各种信息转换为字符串
//反序列化 - 将字符串转换为各种类型的数据
//更多用于网络
struct ChatInfo {string _name; // 名字int _id; //idDate _date; //时间string _msg;//聊天信息
};int main() {ChatInfo winfo = { "张三", 135246, { 2022, 4, 10 }, "晚上一起看电影吧" };stringstream oss;oss << winfo._name << endl;oss << winfo._id << endl;oss << winfo._date << endl;oss << winfo._msg << endl;cout << oss.str() << endl;//网络输出ChatInfo rinfo;string str = oss.str();stringstream iss(str);iss >> rinfo._name;iss >> rinfo._id;iss >> rinfo._date;iss >> 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;
}