【C++进阶之路】IO流

一、C语言的IO

1.键盘与显示屏

//键盘与显示屏的交互
int main()
{//从键盘读取格式化字符串。int i = 0;scanf("%d", &i);//在显示屏上打印获取到的信息。printf("%d", i);return 0;
}

2. 文件与内存

int main()
{FILE* fptr = fopen("test.txt", "w+");//w只写、w+可读可写。//向文件里输入格式化字符串fprintf(fptr, "%d hello", 123);//调整文件指针的位置为开头rewind(fptr);//从文件里面读取字符串与数字。char arr[15] = { 0 };int n = 0;//只能以某种形式对字符串进行解读fscanf(fptr, "%d%s", &n,arr);printf("%s %d", arr, n);fclose(fptr);//关闭文件并刷新缓存区。return 0;
}

3.字符串与内存

//字符串的输入输出，对字符串按指定方式进行解读。
int main()
{//从内存向字符串输出可控制的格式化字符串char str[100];sprintf(str, "hello %d", 11);//这里的11可变换为变量。cout << "输出的字符串为：" << str << endl;//从字符串向变量中读入可控制的格式化字符串int i = 0;char buf[256];sscanf(str, "%s %d",buf,&i);cout<<"输入的字符为:" << i << " " << buf << endl;return 0;
}

• 总结：

• printf 与 scanf 是显示屏与键盘的IO函数

• sprintf 与 sscanf 是字符串与内存的IO函数

• fprintf 与 fscanf 是内存与文件的IO函数

• 唯一不足的就是读取只能一个一个按照顺序的进行读取，无法按照自己想法。

对输入输出即 printf 与 scanf 的英文理解：

说明：这是基于内存的理解，方便理解printf即从内存往外输出，scanf即从外面向内存读写。

补充：程序在运行时默认打开三个流——stdin,stdout,stderror。

至于更多C语言的文件操作内容详见【进阶C语言】文件操作

二、C++IO

• c++以继承的方式，梳理了所有的流。

 其中<iostream>是我们经常包的头文件，现在看来竟然还是一个菱形虚拟继承，不愧是实现库的大佬，没有困难创造困难迎着困难上,不过也为我们提供一点的便利。

1.iostream

1.1基本使用

• cin和cout是我们经常使用的。
• cerr是面向标准错误流的，clog是应用于日志的，不过日常我们使用前两个即可。

先来看最简便的一段C++代码：

int main()
{int x;cin >> x;//从键盘对x进行输入数据cout << "hello world" << endl;//向显示器上打印数据return 0;
}

 不知各位刚学这一段代码的时候，是什么感觉，我是感觉看起来比较便捷形象易懂，只是最近再看其实就是一大堆的运算符重载形成的集合，而且当我们想要用char*打印地址时，它其实给我们呈现的是一段字符串,而不是地址, 不过用起来是真香。

对自定义类型输入和输出比如之前文章中出现的日期类：

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;
}
int main()
{Date d1;cin >> d1;//其原理就是调用自定义的运算符重载函数。cout << d1 << endl;//同理。return 0;
}

稍微总结一下：

1. 使用运算符重载（流插入和流提取）进行实现，更加形象易懂。
2. 自定义类型也可重载自己的流插入和流提取，也可使用cin和cout。
3. 自动类型识别，无需在进行格式化控制。

说明：

运算符重载vs函数重载

1. 有更严格的要求，要尽可能在多种状况下都能正确运行。
2. 运算符重载则需要更多的了解系统中对表达式处理的各种默认形式，那些是你无法去改变的，只能努力适应。

• 实用小知识

同时回想在进行刷题时，如果面临读入一整行的字符串数据，有什么方法吗？

1. gets

char* gets(char* str);

• 缺陷：这个函数比较危险，是因为从缓存区往str读入数据时，并不知道str所指向空间的大小，因此可能会导致使str指向的空间进行越界访问，因此是危险的。
• 说明：C++（vs2019下）此函数已删除。

2. fgets

char * fgets ( char * str, int num, FILE * stream );

基本使用：

int main()
{char buf[256];//从标准输入流（键盘）里读取最大不超过buf大小的一行数量，到buf数组中fgets(buf, sizeof(buf), stdin);cout << buf << endl;return 0;
}

3. scanf

int main()
{char buf[256];//从标准输入流（键盘）里读取一行数量，到buf数组中scanf("%[^\n]", buf);//直到遇到换行才停止。cout << buf << endl;return 0;
}

• 缺陷是跟gets一样的，不过因为比较好用编译器保留了下来，可以用宏/预处理指令进行屏蔽错误。

4.getline（C++）

• c++里面的string里面提供了一个接口getline，可以获取一行的字符串。

#include<iostream>
#include<string>
int main()
{string buf;//从标准输入流（键盘）里读取一行数量，到buf中getline(cin, buf);cout << buf << endl;return 0;
}

• 这是最便捷的也最安全的输入一行字符串的方法，因为string内部会自动进行扩容，也是C++刷题最经常用的方法。

1.2operator bool

 除此之外,我们可能对多组输入的cin，会产生疑惑 , 比如如下一段代码：

int main()
{int x;while (cin >> x){cout << x << endl;}return 0;
}

istream& operator>> (int& val);
//返回的是cin，也就是类型为istream的对象，
//而while()里面进行判断的是bool值，两者能进行转换吗？答案是肯定能的，
//那是如何进行转换的呢？

就比如：

class A
{
public:
private:int _a = 0;
};
int main()
{A a;if(a)//此处会报错：表达式必须包含 bool 类型(或可转换为 bool)	{}return 0;
}

• 那如何转换为bool呢？其实运算符重载就出现了。

class A
{
public:operator bool(){return _a == 0 ? false : true;}
private:int _a = 0;
};
int main()
{A a;if(a){}//这也间接说明，iostream是实现了operator bool的。return 0;
}

说明：这里的实现的运算符重载没有返回值是有点奇怪的，这里当做特殊情况对待即可，不必深究。

• cin转bool底层原理：设置标记

补充：在对循环终止时，有两种方式，ctrl z（正常终止循环） / Ctrl c(退出当前程序)。

2. fstream

在进行输入/输出时可有几种模式：

1. 对于fostream的对象默认打开了out，对于fistream的对象默认打开了in。
2. 操作可通过 | 进行结合起来。
3. truncate——对文件之前的内容进行覆盖。
4. 对于有些对象比如fstream，可以支持输入也可以支持输出。

2.1二进制的文件读写

struct PeopleInfor
{PeopleInfor(){}PeopleInfor(const char* id,const char* name,int age)//:_id(id){strcpy(_id, id);strcpy(_name, name);_age = age;}char _id[256];//家庭住址char _name[256] = {0};//名字int _age = 0;//年龄
};
struct ManagePeoInf
{//初始化ManagePeoInf(const char* file):_FileName(file){}//向文件以二进制写入个人信息void WriteBianry(const PeopleInfor& pe){ofstream of(_FileName, ios_base::out | ios_base::binary);//这里的out默认已经有了，可以不写。of.write((char*)&pe, sizeof(pe));}void ReadBinary(PeopleInfor& pe){ifstream in(_FileName, ios_base::in | ios_base::binary);//这里的in默认已经有了，可以不写。in.read((char*)&pe, sizeof(pe));}//向文件以二进制读取个人信息string _FileName;
};void BinaryWrite()
{PeopleInfor pe1 = { "河南省","舜华",19 };ManagePeoInf m1("text.txt");//向文件中输出字符串xm1.WriteBianry(pe1);
}
void BinaryRead()
{PeopleInfor pe2;ManagePeoInf m2("text.txt");m2.ReadBinary(pe2);cout << pe2._id << " " << pe2._name << " " << pe2._age << endl;
}
int main()
{//向文件里以二进制的形式写入数据BinaryWrite();//从文件中以二进制的形式读取数据BinaryRead();return 0;
}

说明：这里的_id与_name并没有采用string的形式进行使用，而是char类型的数组进行的使用，其原因在于拷贝的是对象的内存，而string里面存的是指向字符串的地址，string释放时，读取在恢复时，其实是一段野指针，即使访问成功了也是幸运。

2.2字符串的文件读写

struct PeopleInfor
{PeopleInfor(){}PeopleInfor(const char* id, const char* name, int age):_id(id){//strcpy(_id, id);strcpy(_name, name);_age = age;}string _id;//家庭住址char _name[256] = { 0 };//名字int _age = 0;//年龄
};
struct ManagePeoInf
{//初始化ManagePeoInf(const char* file):_FileName(file){}//向文件以二进制写入个人信息void WriteText(const PeopleInfor& pe){ofstream of(_FileName, ios_base::binary);of << pe._id << " " << pe._name << " " << pe._age;//这里的id是调用了string的流插入。}void ReadText(PeopleInfor& pe){ifstream in(_FileName, ios_base::binary);in >> pe._id >> pe._name >> pe._age;//这里的_id是调用了string的流提取。//读取自动识别空格与换行与分割符。}//向文件以二进制读取个人信息string _FileName;
};
void WriteText()
{PeopleInfor pe1 = { "河南省","舜华",19 };ManagePeoInf m1("text.txt");m1.WriteText(pe1);
}
void ReadText()
{PeopleInfor p2;ManagePeoInf m2("text.txt");m2.ReadText(p2);cout << p2._id << " " << p2._name << " "  << p2._age << endl;
}
int main()
{WriteText();ReadText();return 0;
}

3. sstream

3.1序列化与反序列化

• 此处说明：这里存在序列化与反序列化，因为在存储的形式中，要么以二进制的形式进行存储（人看不懂），要么以字符串的形式进行存储（序列化），总之在计算机用于计算的类型比如int，float，double等形式，在文件中不复存在，因此计算机要想用存储的数据进行计算，就需要将字符串转换为相应的格式再参与计算（反序列化）。

#include<iostream>
#include<string>
#include<sstream>
using namespace  std;
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;
}
int main()
{string str;Date d = { 2023,10,21 };ostringstream os;os << d;str = os.str();cout<<"字符串:" << str << endl;//再将字符串转换为日期类Date d1;istringstream is(str);is >> d1;cout<<"日期类:" << d1 << endl;return 0;
}

这里附上一道序列化与反序列化的题：二叉树的序列化与反序列化

3.2拼接字符串

#include<iostream>
#include<string>
#include<sstream>
using namespace  std;
int main()
{ostringstream os;os << "hello";//当然也可是一些变量，比如intos << " world";//同理cout << os.str() << endl;return 0;
}

说明：

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。

3.3将数据类型转换为字符串

int main()
{int a = 12345678;string sa;// 将一个整形变量转化为字符串，存储到string类对象中stringstream s;s << a;s >> sa;s.str("");//将s维护的字符串置为空s.clear();// 说明：// 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double d = 12.34;s << d;s >> sa;string sValue;sValue = s.str();cout << sValue << endl;return 0;
}

总结

 今天的分享就到此结束了，我是舜华，期待与你的下次相遇！