C++ 又可以称为“带类的 C”,即可以理解为 C++ 是 C 语言的基础上增加了面向对象(类和对象)。在此基础上,学过 C 语言的读者应该知道,它有一整套完成数据读写(I/O)的解决方案:
要知道,C 语言的这套 I/O 解决方案也适用于 C++ 程序,但 C++ 并没有“偷懒”,它自己独立开发了一套全新的 I/O 解决方案,其中就包含大家一直使用的 cin 和 cout。前面章节中,我们一直在用 cin 接收从键盘输入的数据,用 cout 向屏幕上输出数据(这 2 个过程又统称为“标准 I/O”)。除此之外,C++ 也对从文件中读取数据和向文件中写入数据做了支持(统称为“文件 I/O”)。
本质上来说,C++ 的这套 I/O 解决方案就是一个包含很多类的类库(作为 C++ 标准库的组成部分),这些类常被称为“流类”。
C++ 的开发者认为数据输入和输出的过程也是数据传输的过程,数据像水一样从一个地方流动到另一个地方,所以 C++ 中将此过程称为“流”,实现此过程的类称为“流类”。
C++ 中用于实现数据输入和输出的这些流类以及它们之间的关系:
其中,图中的箭头代表各个类之间的派生关系。比如,ios 是所有流类的基类,它派生出 istream 和 ostream。特别需要指出的是,为了避免多继承的二义性,从 ios 派生出 istream 和 ostream 时,均使用了 virtual 关键字(虚继承)。
这些流类各自的功能分别为:
在前面章节的学习中,只要涉及输入或者输出数据,我们立马想到的就是 cin 和 cout。其实,cin 就是 istream 类的对象,cout 是 ostream 类的对象,它们都声明在 <iostream> 头文件中,这也解释了“为什么在 C++ 程序中引入 <iostream> 就可以使用 cin 和 cout”(当然使用 cin 和 cout,还需要声明 std 命名空间)。
除此之外,<iostream> 头文件中还声明有 2 个 ostream 类对象,分别为 cerr 和 clog。它们的用法和 cout 完全一样,但 cerr 常用来输出警告和错误信息给程序的使用者,clog 常用来输出程序执行过程中的日志信息(此部分信息只有程序开发者看得到,不需要对普通用户公开)。
cout、cerr 和 clog 之间的区别如下:
除了以上 2 点特性上的不同之外,cerr、clog 和 cout 没有任何不同。之所以我们常用 cout,是因为 cerr 和 clog 有各自不同的适用场景。以 cerr 为例,一旦程序某处使用 cerr 输出数据,我们自然而然地会认为此处输出的是警告或者错误信息。
值得一提的是,类似 cin、cout、cerr 和 clog 这样,它们都是 C++ 标准库的开发者创建好的,可以直接拿来使用,这种在 C++ 中提前创建好的对象称为内置对象。实际上,<iostream> 头文件中还声明有处理宽字符的 4 个内置对象,分别为 wcin、wcout、wcerr 以及 wclog,由于不是本节重点,这里不再对它们做详细讲解。
如下程序演示了 cin、cout、cerr 和 clog 的基本用法:
#include <iostream>
#include <string>
int main() {
std::string url;
std::cin >> url;
std::cout << "cout:" << url << std::endl;
std::cerr << "cerr:" << url << std::endl;
std::clog << "clog:" << url << std::endl;
return 0;
}
程序执行结果为:
http://c.biancheng.net
cout:http://c.biancheng.net
cerr:http://c.biancheng.net
clog:http://c.biancheng.net
注意,此程序中并没有考虑 cerr 和 clog 各自特有的含义,这里仅是为了演示 cerr 和 clog 的基础用法,不建议读者这样使用。另外,如果程序中 std 命名空间提前声明,则所有的 std:: 可以省略。
它们的用法远不止此,istream 和 ostream 类提供了很多实用的函数,cin、cout、cerr 和 clog 作为类对象,当然也能调用。
表 1 罗列了 cin 对象常用的一些成员方法以及它们的功能:
表 2 罗列了 cout、cerr 和 clog 对象常用的一些成员方法以及它们的功能:
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
char url[30] = {0};
//读取一行字符串
cin.getline(url, 30);
//输出上一条语句读取字符串的个数
cout << "读取了 "<<cin.gcount()<<" 个字符" << endl;
//输出 url 数组存储的字符串
cout.write(url, 30);
return 0;
}
程序执行结果为:
http://c.biancheng.net读取了 23 个字符http://c.biancheng.net
注意,表 1 和表 2 中仅罗列了 istream 和 ostream 类中常用的一些成员方法,关于这些方法的具体用法,后续章节会做详细介绍。