【C++】IO流

前言

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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：

1. 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。
2. 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”。

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

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

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 应位置位（置1），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：
   1. 对于IO类型的算法，一般都需要循环输入。
   2. 输出：严格按照题目的要求进行，多一个少一个空格都不行。
   3. 连续输入时，vs系列编译器下在输入ctrl+Z时结束
7. istream类型对象转换为逻辑条件判断值

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。

operator bool 会去检查四个标志值，如果当中的后三个有一个被设置了(即eof、fail、bad)，就返回false，否则返回true。 如下图，正常时输入前，good标志位是1，其他是0。

当我们输入x，是读不进去的。fail标志就被标记了，流就出错了，后面第二个cin也读不出来。

流是可以被恢复的， 用clear后，good标志位就被设置了。但是后面的x还是读不出来，因为只是修改了标志位，x还在缓冲区里，x是字符，这里要的是整形。

如果要让后面能够继续读，就要把这个字符拿走，这样这个流才算恢复了。

提高io效率：

//在io需求比较高的地方，如部分大量输入的竞赛中，加上一下3行代码
//可以提高c++IO效率
ios_base::sync_with_stdio(false);
cin.tie(nullptr);
cout.tie(nullptr);

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

运行后，就可以在当前目录找到这个文件，里面就打印了xxxxx了。默认是覆盖写的。

如果需要追加写，需要加上ofstream::app 选项。 创建对象时，mode缺省值是ofstream::out 所以前面没有带选项。

上面是用good判断是否正常读到，如果发生错误了，就停止读。

Date类：

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)
	{}
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;
}

二进制读写

运行上面程序，是以二进制形式写的。

上面是以二进制的形式读，以什么方式写，就以什么方式读。 二进制方式的缺陷：写出去的内容打开的时候啥也看不见，或者只能看见部分信息。 特点就是简单。

如果用string进行二进制读写，就会出问题，程序回崩溃。 写到文件的本质是_ip对象中的一个指针。 二进制方式写，如果是string、vector等对象，就会出问题，本质没有数据内容写到文件，而是数据内容的指针写到文件中。

文本读写

如果用文本方式读写，就不会出现前面的问题。

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？

1. 使用itoa()函数
2. 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。

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，

stringstream主要可以用来：

1. 将数值类型数据格式化为字符串
2. 字符串拼接
3. 序列化和反序列化结构数据

接收时要解析成结构信息：

注意：

1. 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。
2. 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。
3. 可以使用s. str("")方法将底层string对象设置为""空字符串。
4. 可以使用s.str()将让stringstream返回其底层的string对象。
5. 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。