C++的IO流
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：
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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。
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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。
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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。
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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:
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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。
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在线OJ中的输入和输出：
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对于IO类型的算法，一般都需要循环输入：
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输出：严格按照题目的要求进行，多一个少一个空格都不行。
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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) { // ... }
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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; 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; } // 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)
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fstream iofile(既输入又输出用)
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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;
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];
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sstream sstream.str(""); sstream << "hello " << "first " << "second" << endl; cout << sstream.str(); return 0; }
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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;
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;
}
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。