C++中的流

前言

        在 C++ 中，流（stream）是一种数据传输的抽象概念，用于在程序中对输入和输出进行操作。流分为输入流和输出流，允许数据在程序和外部设备（如键盘、屏幕、文件）之间进行传输。输入流用于从外部获取数据，输出流用于向外部发送数据。C++ 中的流由标准库提供支持，主要包括 iostream、ifstream、ofstream 和 sstream 等类。流以流插入运算符 << 和流提取运算符 >> 来进行数据的输入和输出操作。流提供了一种便捷的方式来进行输入输出操作，使得程序可以与用户进行交互，同时还可以读写文件和其他外部设备 。               

一、C++流的概念

1.C++流的体系结构

        C++ 的流体系结构是由标准库提供的，主要包括输入流和输出流两个方面。流可以与各种数据源进行交互，包括标准输入输出设备（如键盘和屏幕）、文件、字符串等。下面是 C++ 流的主要组成部分：

1. 输入流（istream）：输入流用于从外部数据源（如键盘、文件）中读取数据到程序中。istream 是输入流的基类，它提供了从流中读取数据的接口，包括提取运算符 >>、getline() 等。

2. 输出流（ostream）：输出流用于将程序中的数据输出到外部数据源（如屏幕、文件）。ostream 是输出流的基类，它提供了将数据写入流的接口，包括插入运算符 <<、put() 等。

3. 输入输出流（iostream）：iostream 是 C++ 中最常用的流类，它同时继承了 istream 和 ostream，提供了同时进行输入和输出操作的功能。

4. 文件输入流（ifstream）：ifstream 类继承自 istream，用于从文件中读取数据。

5. 文件输出流（ofstream）：ofstream 类继承自 ostream，用于向文件中写入数据。

6. 字符串流（stringstream）：stringstream 类继承自 iostream，用于在内存中创建一个字符串流，可以像流一样进行输入输出操作，但是数据存储在内存中的字符串中，而不是外部设备或文件。

这些流类组成了 C++ 中的流体系结构，为程序提供了灵活且强大的输入输出功能。通过这些流类，程序可以与用户进行交互，读写文件，以及进行其他各种输入输出操作。

2.预定义流对象

        C++ 中的预定义流对象是指在标准库中预先定义好的一些流对象，用于简化输入输出操作。这些预定义流对象通常是 cin、cout、cerr 和 clog。

1. cin：cin 是标准输入流对象，通常用于从标准输入设备（如键盘）读取数据。

2. cout：cout 是标准输出流对象，通常用于向标准输出设备（如屏幕）输出数据。

3. cerr：cerr 是标准错误流对象，用于向标准错误设备输出错误信息。它与 cout 相似，但通常用于输出程序运行时的错误信息，而不是普通的输出。

4. clog：clog 是标准日志流对象，用于输出程序的运行时信息。它与 cerr 类似，但通常用于输出程序的日志信息，而不是错误信息。

这些预定义流对象使得输入输出操作变得更加方便和简洁，是 C++ 中常用的功能。通过这些流对象，可以方便地进行标准输入输出、错误输出以及日志输出。

3.提取运算符>>和插入运算符<<

         在 C++ 中，提取运算符 `>>` 和插入运算符 `<<` 是用于输入和输出操作的重要运算符。

1. **提取运算符 `>>`**：

   - 提取运算符 `>>` 用于从输入流中提取数据，并将提取的数据存储到指定的变量中。
   - 通常用于从标准输入流 `cin` 中读取用户输入的数据，或者从文件流等输入流中读取数据。
   - 语法：`istream_object >> variable;`
   - 示例：

int num;     

cin >> num; // 从标准输入流中读取一个整数，并将其存储到变量 num 中

2. **插入运算符 `<<`**：

   - 插入运算符 `<<` 用于将数据插入到输出流中，以便将数据输出到指定的输出设备（如屏幕、文件等）。
   - 通常用于向标准输出流 `cout`、标准错误流 `cerr`、日志流 `clog` 中输出数据，或者向文件流等输出流中输出数据。
   - 语法：`ostream_object << value;`
   - 示例：     

cout << "Hello, World!"; // 将字符串 "Hello, World!" 输出到标准输出流

        这些运算符使得输入输出操作变得简洁和直观，是 C++ 中常用的功能。通过这些运算符，可以方便地进行数据的输入和输出操作，无论是从标准输入流读取用户输入，还是向标准输出流输出结果。

4.有(无)格式输入/输出

        C++ 中的有格式输入/输出（formatted I/O）和无格式输入/输出（unformatted I/O）是两种不同的输入输出操作方式。

1. **有格式输入/输出**：
   - 有格式输入/输出是指根据指定的格式将数据进行输入和输出，以便进行格式化显示或格式化读取。
   - 有格式输出通常使用插入运算符 `<<` 和流控制符（如 `setw()`、`setprecision()` 等）来指定输出的格式。
   - 有格式输入通常使用提取运算符 `>>` 和格式化输入函数（如 `getline()`、`scanf()` 等）来按照指定格式读取数据。
   - 有格式输入/输出适用于需要按照特定格式输出或读取数据的场景，如输出表格、格式化的日期时间等。

2. **无格式输入/输出**：
   - 无格式输入/输出是指直接将数据按照原始形式进行输入和输出，不进行任何格式化处理。
   - 无格式输出通常使用插入运算符 `<<` 将数据输出到流中，不进行额外的格式化处理。
   - 无格式输入通常使用提取运算符 `>>` 将数据从流中提取出来，不进行额外的格式化处理。
   - 无格式输入/输出适用于简单的输入输出场景，如读取和写入二进制文件、网络数据传输等。

5.操作符

        C++ 中的操作符（operators）是用于执行特定操作的符号或关键字，它们可用于执行算术、逻辑、位操作等。

二、输入/输出的格式控制

1.默认的输入/输出格式

1.默认的输入格式

        C++ 中默认的输入格式通常是基于空白字符（空格、制表符、换行符等）来分隔不同的输入项。这意味着在使用输入操作符 >> 时，它会跳过输入流中的空白字符，并将其视为分隔符，从而将输入流中的数据分割为不同的输入项。

        如果我们使用以下代码从输入流中读取数据：

int a, b, c;
cin >> a >> b >> c;

        则 `cin` 会依次将 `10`、`20` 和 `30` 读取到变量 `a`、`b` 和 `c` 中。

        另外，`cin` 也会将换行符（回车）视为输入的结束符号，因此如果用户输入完数据后按下回车键，则输入操作会停止。

2.默认的输出格式

        C++ 中默认的输出格式通常是将数据按照其类型进行格式化输出，并使用空格将不同的输出项分隔开来。对于基本数据类型，如整数、浮点数、字符等，默认的输出格式是右对齐，并且小数点后保留 6 位有效数字。

2.格式标识与格式控制

1.setf 设置某个域中的标志，设置前先讲改域中的所有标识清除

实例代码如下：

cout.setf(ios_base::left,ios_base::adjustfield);

2.setf函数返回设置前的格式控制标志。  

cout.setf(ios_base::showpos);

3.unsetf此函数用于清除制定标志或域    

cout<<setiosflags(ios_base::showpos);

3.输入/输出宽度的设置

        在 C++ 中，您可以使用 setw() 和 setfill()函数来设置输入/输出的宽度。这两个函数通常与输出流对象一起使用，例如 `cout`、`cin` 等。

1. setw() 函数

        用于设置输出的字段宽度。设置后，后续的输出项将按照指定的宽度进行输出。如果输出项的长度小于指定的宽度，则用填充字符（默认为空格）填充，直到达到指定的宽度。

#include <iostream>
#include <iomanip>using namespace std;int main() {cout << setw(10) << "Hello"; // 输出宽度为 10 的字符串，不足部分用空格填充return 0;
}

   输出结果为：

      Hello

2. setfill() 函数

        用于设置填充字符。设置后，`setw()` 函数所指定的宽度不足时将使用指定的填充字符进行填充。

#include <iostream>
#include <iomanip>using namespace std;int main() {cout << setw(10) << setfill('-') << "Hello"; // 输出宽度为 10，填充字符为 '-' 的字符串return 0;
}

   -----Hello

4.浮点数输出方式的控制

        在 C++ 中，您可以使用 `setprecision()` 和 `fixed` 控制符来控制浮点数的输出方式，包括小数位数和输出格式。

1. fixed:浮点数按定点格式输出。

2. secientific:浮点数按照指数格式输出

5.输出精度的控制

        输入/输出精度是针对浮点数控制的，其实际含义与浮点输出方式有关。如果是浮点类型，精度指的是有效位数。如果是指数格式，精度的含义是小数位数。精度的设置默认为6.setprecision函数设置精度。

6.对齐方式的控制

1.left左对齐

2.right右对齐

3.internal设定的宽度内右对齐输出，但是如果有符号，符号位于最左端。

7.小数点处理方式的控制

        这个设置只影响浮点格式输出的浮点数据。初始状态下，不输出小数点以及小数点后的无效0；设置之后小数点点处理方式一直有效，知道再次设置小数点处理方式为止。

        有关操作符如下。

        showpoint:输出小数点以及后面的0

        noshowpoint:不输出无效的0

        实例代码如下：

#include <iostream>
#include <iomanip>using namespace std;int main() {float f = 123;cout<<right<<showpoint<<setprecision(4)<<setw(20)<<f<<endl;//cout<<noshowpoint<<setw(20)<<f<<endl;//设置字符A填充不足的位数return 0;
}

        控制台输出信息如下：

               123.0

                 123

8.填充字符的控制

        当设置填充宽度的时候，小于填充宽度的时候，默认使用空格填充，我们也可以调用setFill修改默认的填充字符。示例代码如下：

#include <iostream>
#include <iomanip>using namespace std;int main() {float f = 123;cout<<showpoint<<setprecision(4)<<setw(10)<<f<<endl;//cout<<setfill('A')<<noshowpoint<<setw(10)<<f<<endl;//设置字符A填充不足的位数return 0;
}

9.换行运算符

        endl:插入换行符号('\n')并强制写入缓存，实现输出的回车换行。

10.输入/输出数状态的控制

        默认情况下，数据按照十进制输入/输出。如果要求按照八进制或者十六进制输出，必须指明相应的数据形式，hex为十六进制，dec为十进制。

        以下是一个 C++ 示例代码，演示了八进制、十六进制和十进制的输入输出

#include <iostream>
#include <iomanip> // 用于控制输出格式using namespace std;int main() {int decimalNum;// 十进制输入cout << "Enter a decimal number: ";cin >> decimalNum;// 十六进制输出cout << "Hexadecimal representation: " << hex << decimalNum << endl;// 八进制输出cout << "Octal representation: " << oct << decimalNum << endl;// 十进制输出cout << "Decimal representation: " << dec << decimalNum << endl;return 0;
}

        这段代码首先要求用户输入一个十进制数，然后将其以十六进制、八进制和十进制形式输出。

三、文件流

1.文件流的建立

 1.创建文件流对象的同事打开文件

ifstream inFile("output.txt");

2.先建立文件流对象，再在合适的时候用函数open()打开文件

ifstream inFile;

...

inFile.open("");

2.文件流的关闭

        调用成员函数的close函数。

3.文件状态的判别

1.is_open()；判断是否正确打开

2.good（）:文件操作是否成功

3.fail():和good相反

4.bad():是否非法操作

5.eof():是否达到文件尾部。

4.文件流的定位

1.ios_base::beg 相对于文件首

2.ios_base::cur 相对于文件当前位置

3.ios_base::end 相对于文件尾部

5.有格式输入/输出

        基本与标准输入/输出cin和cout基本相同。

6.无格式输入/输出

        基本与标准输入/输出cin和cout基本相同。