C++ I/O 流通俗指南

1. std::ostream 是什么？

• 定义：std::ostream 是 C++ 标准库中的输出流类，负责将数据输出到各种目标（如屏幕、文件、网络等）。
• 你可以把 std::ostream 想象成一根“数据水管”：
  • 数据从 C++ 代码流进 std::ostream（比如 std::cout）。
  • std::ostream 负责把数据送到 终端、文件或者其他地方。
• “o” 表示 “output”（输出）。
• 特点：
  • 不能单独使用，必须依赖一个流缓冲区（std::streambuf）。
  • 常见的实例：std::cout（输出到控制台）。

比喻：std::ostream 就像一根“数据水管”，数据从程序流进去，最终送到屏幕或文件。

示例：

std::cout << "Hello, World!" << std::endl;  // 输出到屏幕

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2. 为什么不能直接创建 std::ostream？

std::ostream os;  // ❌ 错误！没有默认构造函数

• 原因：std::ostream 需要一个 std::streambuf 来管理数据缓冲，但它本身不提供默认缓冲区。
• 解决办法：用现有的流（如 std::cout）或手动关联缓冲区。

正确用法：

std::filebuf buff;
buff.open("a.txt", std::ios::out);
std::ostream os(&buff);  // 关联文件缓冲区
os << "Hello, File!" << std::endl;

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3. C++ 中的“流”是什么？

• 流（Stream）：数据的抽象化处理方式，像水流一样从一端流向另一端。
  • 输入流（std::istream）：外部（如键盘、文件） → 程序。
  • 输出流（std::ostream）：程序 → 外部（如屏幕、文件）。

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4. I/O 流家族一览

C++ 的 I/O 流类分布在几个头文件中：

头文件	类	作用	继承关系
<iostream>	std::istream	输入流（如 std::cin）	继承 std::ios
	std::ostream	输出流（如 std::cout）	继承 std::ios
	std::iostream	输入+输出流	继承 std::istream 和 std::ostream
<fstream>	std::ifstream	文件输入	继承 std::istream
	std::ofstream	文件输出	继承 std::ostream
	std::fstream	文件输入+输出	继承 std::iostream
<sstream>	std::istringstream	从字符串解析数据	继承 std::istream
	std::ostringstream	将数据写入字符串	继承 std::ostream
	std::stringstream	字符串读+写	继承 std::iostream

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5. 常见用法与代码示例

5.1 标准输入输出（<iostream>）

• std::cout 输出：

std::cout << "Hello, World!" << std::endl;  // 输出到屏幕

• std::cin 输入：

int x;
std::cout << "请输入一个数字: ";
std::cin >> x;
std::cout << "你输入的是: " << x << std::endl;

• 读取整行：

std::string name;
std::cout << "请输入全名: ";
std::getline(std::cin, name);  // 支持空格
std::cout << "你好, " << name << "!" << std::endl;

• 错误和日志：

std::cerr << "错误: 文件未找到!" << std::endl;  // 无缓冲，立即输出
std::clog << "日志: 程序启动..." << std::endl;  // 有缓冲

代码示例：

#include <iostream>
#include <fstream>int main() {std::filebuf buff;buff.open("a.txt", std::ios::out);std::ostream os(&buff);os << "aaa" << std::endl;os << "aaa" << std::endl;// 这里不需要显式关闭文件，析构时会自动关闭。// 但如果你希望在某个时刻显式关闭，可以调用 buff.close() 或 os.close()return 0;
}#include <iostream>
#include <fstream>
int main()
{{std::filebuf buff;buff.open("a.txt", std::ios::in);std::iostream os(&buff);std::string line;std::getline(os, line);std::cout << line << std::endl;}{   std::filebuf buff;buff.open("b.txt", std::ios::out);std::iostream is(&buff);is << "xxx" << 1.2 << std::endl;}return 0;
}

• 无需显式关闭：std::ostream 和 std::filebuf 会在对象析构时自动处理文件关闭。
• 显式关闭：如果你想要在某个特定时刻手动关闭文件，可以调用 buff.close() 或 os.close()。

不过，在多数情况下，依赖于析构时自动关闭文件是一个更简单且推荐的做法。

5.2 文件输入输出（<fstream>）

• 写入文件：

std::ofstream file("test.txt");
if (file.is_open()) {file << "Hello, 文件!" << std::endl;file.close();  // 可选，析构时自动关闭
}

• 读取文件：

std::ifstream file("test.txt");
if (file.is_open()) {std::string line;while (std::getline(file, line)) {std::cout << line << std::endl;}file.close();
}

• 读写结合：

std::filebuf buff;
buff.open("a.txt", std::ios::out);
std::ostream os(&buff);
os << "Hello" << std::endl;

5.3 字符串流（<sstream>）

• 字符串转数值：

std::string str = "42";
int num;
std::istringstream iss(str);
iss >> num;  // 解析为 42
std::cout << num << std::endl;

• 数值转字符串：

int num = 100;
std::ostringstream oss;
oss << "数值: " << num;
std::cout << oss.str() << std::endl;  // "数值: 100"

• 读写混合：

std::stringstream ss;
ss << "Hello " << 42;
std::string word;
while (ss >> word) {std::cout << word << std::endl;  // 输出 "Hello" 和 "42"
}

5.4 格式化输出（<iomanip>）

double num = 1234.56789;
std::cout << std::fixed << std::setprecision(2) << num << std::endl;  // 1234.57
std::cout << std::setw(10) << std::setfill('*') << 42 << std::endl;   // *******42

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6. 关键点总结

• std::ostream：输出流的核心，用于将数据送到外部，依赖 std::streambuf。
• 流类型：
  • <iostream>：标准输入输出（cin、cout、cerr）。
  • <fstream>：文件操作（ifstream、ofstream、fstream）。
  • <sstream>：字符串处理（istringstream、ostringstream、stringstream）。
• 格式化：用 <iomanip> 控制输出样式。
• 自动管理：流对象析构时会自动关闭文件，无需手动清理（但可以显式关闭）。

💡 C++ 的 I/O 流就像“水管系统”，统一了各种数据处理方式，既灵活又强大！