【C++】IO流

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一. 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)

C语言借助了相应的缓冲区来进行输入与输出

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”

二. 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有方向性的数据的抽象描述。

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”

流的特性：有序连续、具有方向性

三. 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

从上图可以看出，cout、cerr、clog都是由ostream类实例化出的三个不同的对象，因此这三个对象基本没什么区别，只是应用场景不同。

🐋C++标准IO流

C++标准库提供了4个全局流对象（cin、cout、cerr、clog）：

1. 使用cout进行标准输出，即数据从内存流向控制台（显示器）
2. 使用cin进行标准输入，即数据通过键盘输入到程序中
3. 使用cerr进行标准错误的输出
4. 使用clog进行日志的输出

注意：
1、在使用cin、cout时必须要包含iostream文件，并引入std标准命名空间。

#include <iostream> //包含iostream文件
using namespace std; //引入std标准命名空间
int main()
{int a = 0;cin >> a;cout << a << endl;return 0;
}

或者指定cout和cin所属的命名空间

#include <iostream> //包含iostream文件
int main()
{int a = 0;std::cin >> a; //使用时指定所属命名空间std::cout << a << std::endl; //使用时指定所属命名空间return 0;
}

2、cin为缓冲流。键盘输入的数据保存在缓冲区中，当要提取时，是从缓冲区中提取。如果一次输入过多，则多余的数据会留在缓冲区以供之后提取，如果输入错了，必须在回车之前进行修改，回车键按下就无法进行修改了，只有把输入缓冲区中的数据取完后，才会要求输入新的数据

例如，对于以下代码，若在第一次输入时便以空格为分隔输入了两个数据，则在下一次需要提取数据的时候就直接从缓冲区进行提取

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{int a = 0, b = 0;cin >> a; //输入：10 20cout << a << endl;cin >> b; //直接从输入缓冲区提取cout << b << endl;return 0;
}

3、 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

4、空格和回车都可以作为数据之间的分隔符，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，则空格无法用cin输入，字符串中也不能有空格，回车符也无法读入。
例如，我们使用cin无法将含空格的字符串"hello world"输入到string对象中。

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{string s;cin >> s;          //输入："hello world"cout << s << endl; //输出："hello"return 0;
}

对于含有空格的字符串，我们需要使用getline函数进行读取，因为getline函数只有遇到’\n’才会停止读取。

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{string s;getline(cin, s);   //输入："hello world"cout << s << endl; //输出："hello world"return 0;
}

5、cin和cout可以直接输入和输出内置类型的数据。因为标准库已经将所有内置类型的输入和输出进行了重载。

>>的运算符的重载：

<<的运算符的重载：

6、对于自定义类型，如果要支持cin和cout的标准输入输出，则需要对<<和>>进行重载。
例如，对于下面简单实现的日期类，在对<<和>>进行重载后就能够支持cin和cout的输入输出了。

#include <iostream>
using namespace std;
class Date
{friend istream& operator>>(istream& in, Date& d);friend ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d);
public:Date(int year = 2021, int month = 1, int day = 1):_year(year), _month(month), _day(day){}
private:int _year;int _month;int _day;
};
//对>>进行重载
istream& operator>>(istream& in, Date& d)
{in >> d._year >> d._month >> d._day;return in;
}
//对<<进行重载
ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d)
{out << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day;return out;
}int main()
{Date d;cin >> d;          //输入：2021 9 20cout << d << endl; //输出：2021-9-20return 0;
}

7、输入多个值，默认就是用空格或者换行分割的

int year, month, day;
cin >> year >> month >> day;
scanf("%d%d%d", &year, &month, &day);
//scanf("%d %d %d", &year, &month, &day);//不需要去加空格

如果输入的数值严格是20221128，可以用substr()，进行断句

	//20230219string str;cin >> str;year = stoi(str.substr(0, 4));month = stoi(str.substr(4, 2));day = stoi(str.substr(6, 2));

8、在线OJ中的输入和输出

某些在线OJ题目是有多组测试用例对我们编写的代码进行测试的，对于这种题目，C语言通常采用的解决方式如下：

while (scanf("%d", &a) != EOF)
{//...
}

而在C++当中，我们一般采用的解决方式如下：

while (cin >> a)
{//...
}

C++中是运用了operator bool

✨C++文件IO流

C++根据文件内容的数据格式将文件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如下：
1、定义一个文件流对象。
操作文件的类有以下三个：

类	对应操作场景
ofstream	只写
ifstream	只读
fstream	读和写

2、文件常见的打开方式如下：

打开方式	功能
in	以读的方式打开文件
out	以写的方式打开文件
binary	以二进制方式对文件进行操作
ate	输出位置从文件的末尾开始
app	以追加的方式对文件进行写入
trunc	先将文件内容清空再打开文件

3、对文件进行提取和插入操作的常用成员函数：

成员函数	功能
put	插入一个字符到文件
write	插入一段字符到文件
get	从文件提取字符
read	read
tellg	获取当前字符在文件当中的位置
seekg	设置对文件进行操作的位置
>>运算符重载	将数据形象地以“流”的形式进行输入
<<运算符重载	将数据形象地以“流”的形式进行输出

3、关闭文件

⚡以二进制的形式操作文件

二进制的读写：在内存中如何存储，就如何写到磁盘文件中
优点：快
缺点：写出去的内容看不见

🌈以二进制的形式对文件进行写入操作：

//配置文件
struct ServerInfo
{char _address[32]; //ipint _port;         //端口
};//配置管理器
struct ConfigManager
{
public:ConfigManager(const char* filename = "test.txt"):_filename(filename){}//写void WriteBin(const ServerInfo& info){ofstream ofs(_filename, ios_base::out | ios_base::binary);ofs.write((char*)&info, sizeof(info));}//读void ReadBin(ServerInfo& info){ifstream ifs(_filename, ios_base::in | ios_base::binary);ifs.read((char*)&info, sizeof(info));}private:string _filename; // 配置文件
};int main()
{//二进制写ServerInfo winfo = { "192.0.0.1", 12138 };ConfigManager cm;cm.WriteBin(winfo);//二进制读ServerInfo rinfo;ConfigManager cm;cm.ReadBin(rinfo);cout << rinfo._address << endl;cout << rinfo._port << endl;
}

此处要注意：

struct ServerInfo
{//char _address[32]; //ipstring _address; //此处用string会更好int _port;         //端口
};

但会引发一个问题：打印出来的是乱码
其原因是：数据存在堆中，地址会更改

所以二进制读写的时候不适合用string，更多用的是数组来解决

文本读写就不限制，二者都可以用

⚡以文本的形式操作文件

文本读写：对象数据序列化字符串写出来，堵回来也是：字符串反序列化转成对象数据

优点：可以看得见写出去的是什么
缺点：存在一个转换的过程

//文本写
void WriteText(const ServerInfo& info)
{//c_str() : 将C++的string转化为C的字符串数组，c_str()生成一个const char *指针，指向字符串的首地址ofstream ofs(_filename, ios_base::out);ofs.write(info._address.c_str(), info._address.size());ofs.put('\n');const string str = to_string(info._port);ofs.write(str.c_str(),str.size());
}//文本读
void ReadText(ServerInfo& info)
{ifstream ifs(_filename, ios_base::in | ios_base::binary);char buff[128];ifs.getline(buff, 128);info._address = buff;ifs.getline(buff, 128);info._port = stoi(buff);
}
int main()
{//文本写ServerInfo winfo = { "192.0.0.1", 111111};ConfigManager cm;cm.WriteText(winfo);//文本读ServerInfo rinfo;ConfigManager cm;cm.ReadText(rinfo);cout << rinfo._address << endl;cout << rinfo._port << endl;
}

⚡使用>>和<<对文件进行操作

使用>>和<<运算符对文件进行读写操作，会变得很简单，也很形象
如果自定义类型也支持流插入、提取的重载

//对文件进行写入操作
void WriteTest(const ServerInfo& info)
{ofstream ofs(_filename, ios_base::out);ofs << info._address <<endl;ofs << info._port <<endl;ods << info._Date <<endl;//还可以直接流入自定义类
}

对文件的读取：

//对文件进行读取操作
void ReadFile()
{ifstream ifs("data.txt"); //定义文件流对象，并打开文件char data[100];ifs >> data; //文件数据“流入”字符串dataifs.close(); //关闭文件
}

四. stringstream的简单介绍

在C语言中，我们若是想要将一个整型变量的数据转化为字符串格式，有以下两种方法：

1. 使用itoa函数进行转化

int a = 10;
char arr[10];
itoa(a, arr, 10); //将整型的a转化为十进制字符数字存储在字符串arr当中

2. 使用sprintf函数进行转化

int a = 10;
char arr[10];
sprintf(arr, "%d", a); //将整型的a转化为字符串格式存储在字符串arr当中

虽然itoa函数和sprintf函数都能完成转化，但是在两个函数在转化时，都需要先给出保存结果的空间，而空间的大小是不太好界定的，除此之外，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，我们可以使用stringstream类对象来避开此问题。在程序当中如果想要使用stringstream，必须要包含头文件sstream。在该头文件下，有三个类：

此处重点讲解：序列化和反序列化结构数据

struct ChatInfo
{string _name; // 名字int _id;      // id
};int main()
{// 结构信息序列化为字符串ChatInfo winfo = { "张三", 135246};ostringstream oss;oss << winfo._id << endl;oss << winfo._name << endl;string str = oss.str();cout << str << endl;//网络传输str  ~//反系列化ChatInfo rInfo;istringstream iss(str);iss >> rInfo._id;iss >> rInfo._name;cout << "-------------------------------------------------------"<< endl;cout << "姓名：" << rInfo._name << "(" << rInfo._id << ") "<< endl;cout << "-------------------------------------------------------"<< endl;return 0;
}

📢写在最后