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C++面向对象程序设计 - 标准输出流

news 2025/5/31 15:38:32

在C++中，标准输出流通常指的是与标准输出设备（通常是终端或控制台）相关联的流对象。这个流对象在C++标准库中被定义为std::cout、std::err、std::clog，它们是std::ostream类的一个实例。

一、cout，cerr和clog流

ostream类定义了3个输出流对象，即cout，cerr，clog。

1.1cout流对象

(1) cout是console output的缩写，意为控制台（终端显示器）的输出。它不是C++预定义的关键字，而是ostream流类的对象，在iostream中定义。顾名思义，流是流动的数据，cout流是流向输出（显示设备）的数据，cout流中的数据是用流插入运算符“<<“顺序加入的。

示例如下：

cout <<"Hello World!" <<"I am learning C++.";

cout流是容纳数据的载体，而并不是运算符。cout将它们输送到输出设备上显示，在显示设备上输出”Hello Wordl! I am learning C++.“。

(2) 在使用"cout <<"输出基本类型的数据时，不必考虑数据是什么类型，系统会自动判断数据的类型，并根据类型选择调用与之匹配的运算符重载函数。示例如下：

cout <<10.0f <<100.58 <<'=' <<"operator";

(3) cout流在内存中对应开辟了一个缓冲区，用来存储流中的数据，当向cout流插入一个endl时，不论缓冲区是否已满，都立即输出流中所有数据，然后插入一个换行符，并刷新流（清空缓冲区）。示例如下：

cout <<"Hello World" <<endl;
cout <<"I am learning C++" <<endl;

注意的是如果插入换行符”\n“，则只是换行而已，并不是刷新cout流，与endl刷新流是清空缓冲区不是一回事。

(4) 在iostream中只对”<<“和">>"运算符用于标准类型数据的输入输出进行了重载，但未对用户声明的类型数据的输入输出进行重载。所以用户可以声明新的类型，并用”<<“和">>"运算符对其进行输入输出另作重载。

1.2 cerr流对象

cerr流对象是标准出错流，cerr流已被指定为与显示器关联，cerr作用是向标准出错设备（standard error device）输出有关的出错信息。cerr是console error的缩写，意为在控制台（显示器）显示出错的信息。

注意的是cerr和cout的作用和用法虽然差不多，但是有一点不同的是，cout流通常是传送到显示设备输出，也可以被重定向输出到磁盘文件，而cerr流中的信息只能显示输出。

通过解一元二次方程 $ax^{2}+bx+c=0$ ，其一般解为 $x_{1,2}=\frac{-b\pm \sqrt{b^{2}-4ac}}{2a}$ ，但若a=0，或 $b^{2}-4ac<0$ 时，用公式出错。编写程序，从键盘输入a、b、c的值，求 $x_{1}$ 和 $x_{2}$ 。如果a=0或 $b^{2}-4ac<0$ ，输出错误信息。代码示例如下：

#include <iostream>
#include <cmath>
using namespace std;int main(){float a, b, c, disc;cout <<"Please enter the values of a, b, c:";cin >>a >>b >>c;// 如果a等于0输出错误信息if(a == 0){cerr <<"a is equal to zero, error!" <<endl;} else{// 如果b * b - 4 * a * c)结果小于0 ，输出错误信息if( (disc = b * b - 4 * a * c) < 0 ){cerr <<"Erro: dist=b*b-4*a*c<0" <<endl;} // 满足条件，则正常输出结果else{cout <<"x1 = " <<(-b + sqrt(disc) / (2*a)) <<endl;cout <<"x2 = " <<(-b - sqrt(disc) / (2*a)) <<endl;}}return 0;
}

1）如输入a=0，运行后结果如下图：

2）如输入 $b^{2}-4ac<0$ ，运行后结果如下图：

3）如满足条件，运行后结果如下图：

1.3 clog流对象

clog流对象也是标准出错流，它是console log的缩写，作用与cerr相同，都是在终端显示器上显示出错信息。它们之间只是有微小区别。cerr是不经过缓冲区，直接向显示器上输出有关信息，而clog中的信息存放在缓冲区中，缓冲区满后或遇endl时向显示器输出。

示例如下：

#include <iostream>
using namespace std;int main(){clog <<"This is a message to the C library's error stream." <<endl;clog.flush();		//确保消息被立即刷新到设备return 0;
}

运行结果如上图：

实际编程中，cerr通常用于输出需要立即显示的错误消息或调试信息，而clog用于记录那些稍后再处理的更详细的日志信息。这只是常见的约定，并不是强制的。

二、格式输出

在输出数据时，为简便起见，往往不指定输出的格式，由系统根据数据的类型采取默认的格式，但有时希望数据按指定的格式输出，如要求以十六进制或八进制形式输出一个整数，对输出的小数只保留两位小数等。

2.1 使用控制符控制输出格式

以下为输出数据的控制符，如下表：

控制符	作用
dec	设置整数的基数为10
hex	设置整数的基数为16
oct	设置整数的基数为8
setbae(n)	设置整数的基数为n(n只能是8，10，16三者之一)
setfill(c)	设置填充字符c，c可以是字符常量或字符变量
setprecision(n)	设置实数的精度为n位，在以一般十进制小数形式输出时n代表有效数字。在以fixed（固定小数位数）形式和scientific（指数）形式输出时n为小数位数。
setw(n)	设置字段宽度为n位
setiosflags(ios::fixed)	设置浮点数以固定的小数位数显示
setiosflags(ios::scientific)	设置浮点数以科技记数法（即指数形式）显示
setiosflags(ios::left)	输出数据左对齐
setiosflags(ios::right)	输出数据右对齐
setiosflags(ios::skipws)	忽略前导的空格
setiosflags(ios::uppercase)	在以科学记数法输出E和以十六进制输出字母X时以大写表示
setiosflags(ios::showpos)	输出正数时给出”+“号
resetioflags()	终止已设置的输出格式状态，在括号中应指定内容

注意的是，这些控制符是在头文件iomanip中定义的，因而程序中应当包含头文件ipmanip。以下通过案例了解以上的方法，代码如下：

#include <iostream>
#include <iomanip>
using namespace std;int main(){int a = 20;			//定义整数a值为20// 输出信息cout <<"Dec:" <<dec <<a <<endl;			//以十进制形式输出整数cout <<"Hex:" <<hex <<a <<endl;			//以十六进制形式输出整数acout <<"Oct:" <<oct <<a <<endl;			//以八进制形式输出整数acout <<endl;// 通过setbase输出cout <<"Use setbase to set the base:" <<endl;cout <<"Dec:" <<setbase(10) <<a <<endl;			//以十进制形式输出整数cout <<"Hex:" <<setbase(16) <<a <<endl;			//以十六进制形式输出整数acout <<"Oct:" <<setbase(18) <<a <<endl;			//以八进制形式输出整数acout <<endl;// 设置精度，宽度以及填充字符double PI = 3.1415926;cout <<"set precision 2: " <<setprecision(2) <<PI <<endl;		//改为2位小数cout <<setw(10) <<setprecision(2) <<PI <<endl;					//设置宽度为10cout <<setfill('*') <<setw(10) <<setprecision(2) <<PI <<endl;	//设置填充字符cout <<endl;// setiosfloagscout <<setiosflags(ios::scientific) <<setprecision(8);				// 按指数形式输出8位小数cout <<"PI = " <<PI <<endl;											// 指数形式输出PI值cout <<"precision 4 PI = " <<setprecision(4) <<PI <<endl;			// 指数形式 输出PI为4位小数cout <<"Left aligned, PI = " <<left <<setw(20) <<PI <<endl;			// 左侧齐cout <<"Right aligned, PI = " <<right <<setw(20) <<PI <<endl;		// 右对齐 // 使用大写字母cout <<"Uppercase: " <<uppercase <<hex <<255 <<endl;				//以16进制显示并使用大写字母cout <<"Show positive sign:" <<showpos <<PI <<endl;// 注意此时cout <<"Fixed, PI = " <<setiosflags(ios::fixed) <<PI <<endl;		// 改为小数形式输出return 0;
}

运行结果如下图：

最后代码试图将科学记数法设置为小数位，但是（cout <<"Fixed, PI = " <<setiosflags(ios::fixed) <<PI <<endl;）输出结果为+0XC.90FDA6896C25P-2，它可能是由于被setiosflags错误的解析导致的，通过resetiosflags重置清理掉前面的科学记数法格式即可。在上述代码后面追加以下代码即可：

// 重置指数形式
cout <<"reset ios flags:" <<endl;
cout <<resetiosflags(ios::scientific | ios::showpos);
cout <<"PI = " <<PI <<endl;

resetiosflags中ios::scientific是清除科学记数法，ios::showpos是清除数值前面”+“号，输出结果如下图：

2.2 用流对象的成员函数控制输出格式

除了可以用控制符来控制输出格式，还可以通过调用流对象cout中用于控制输出格式的成员函数来控制输出格式。用于控制输出格式的常用的成员函数如下表：

流成员函数	与之作用相同的控制符	作用
precision(n)	setprecision(n)	设置实数的精度为n位
width(n)	setw(n)	设置字段宽度为n位
fill(c)	setfill(c)	设置填充字符c
setf()	setiosflags()	设置输出格式状态，括号中应给出格式状态，内容与控制符setiosflags括号中的内容相同。
unsetf()	resetiosflag()	终止已设置的输出格式状态，在括号中应该指定内容

格式标志在类ios中被定义为枚举值，因此在引用这些格式标志时要在前面加上类名ios和域运算符"::"。格式标志如下表：

格式标志	作用
ios::left	输出数据在本域范围内向左对齐
ios::right	输出数据在本域范围内向右对齐
ios::internal	数值的符号位在域宽度内左对齐，数值右对齐，中间由填充字符填充
ios::dec	设置整数的基数为10
ios::oct	设置整数的基数为8
ios::hex	设置整数的基数为16
ios::showbase	强制输出整数的基数（八进制数以0打头，十六进制数以0x打头）
ios::showpoint	强制输出浮点数的小点和尾数0
ios::uppercase	在以科学记数法格式E和以十六进制输出字母时以大写表示
ios::showpos	对正数显示”+“号
ios::scientific	浮点数以科学记数法格式输出
ios::fixed	浮点数以定点格式（小数形式）输出
ios::unitbuf	每次输出之后刷新所有的流
ios::stdio	每次输出之后清除stdout, stderr

下面使用流控制成员输出之前案例数据，代码如下：

#include <iostream>
#include <iomanip>
using namespace std;int main(){int a = 20;			//定义整数a值为20// 输出信息cout.setf(ios::dec);				//设置以十进制形式输出整数cout <<"Dec:" <<a <<endl;cout.unsetf(ios::dec);			cout.setf(ios::hex);				//设置以十六进制形式输出整数acout <<"Hex:" <<a <<endl;			cout.unsetf(ios::hex);cout.setf(ios::oct);				//设置以八进制形式输出整数acout <<"Oct:" <<a <<endl;			cout.unsetf(ios::oct);cout <<endl;// 设置精度，宽度以及填充字符double PI = 3.1415926;cout <<"set precision 2, PI = " <<PI <<endl;			//显示PI值cout.width(30);											//设置宽度为30cout <<"set width, PI =" <<PI <<endl;	cout.width(30);											//设置宽度为30cout.fill('*');											// 置填充字符*cout <<"set fill, PI =" <<PI <<endl;cout <<endl;cout <<"set internal:" <<endl;cout.width(30);											//设置宽度为30cout.fill(' ');											// 置填充字符*cout.setf(ios::internal | ios::showpos);cout <<PI <<endl;cout.unsetf(ios::internal | ios::showpos);cout <<endl;// 标记为科学记数法cout.setf(ios::scientific);								// 设置为科学记数法cout <<"set scientific, PI = " <<PI <<endl;cout.precision(4);										//保留4位小数cout <<"precision 4, PI = " <<PI <<endl;cout <<endl;// 指定用定点形式输出cout.setf(ios::fixed);cout <<"Fixed, PI = " <<PI <<endl;cout.unsetf(ios::fixed);return 0;
}

运行后结果如下图：

这里同样，在最后输出时PI未得到想要结果，这是因为在设置科学记数法格式cout.setf(ios::scientific）未及时清除设置的格式标志导致的，所以添加cout.unsetf(ios::scientific）及时清除以避免影响后续输出。

完整代码如下：

#include <iostream>
#include <iomanip>
using namespace std;int main(){int a = 20;			//定义整数a值为20// 输出信息cout.setf(ios::dec);				//设置以十进制形式输出整数cout <<"Dec:" <<a <<endl;cout.unsetf(ios::dec);			cout.setf(ios::hex);				//设置以十六进制形式输出整数acout <<"Hex:" <<a <<endl;			cout.unsetf(ios::hex);cout.setf(ios::oct);				//设置以八进制形式输出整数acout <<"Oct:" <<a <<endl;			cout.unsetf(ios::oct);cout <<endl;// 设置精度，宽度以及填充字符double PI = 3.1415926;cout <<"set precision 2, PI = " <<PI <<endl;			//显示PI值cout.width(30);											//设置宽度为30cout <<"set width, PI =" <<PI <<endl;	cout.width(30);											//设置宽度为30cout.fill('*');											// 置填充字符*cout <<"set fill, PI =" <<PI <<endl;cout <<endl;cout <<"set internal:" <<endl;cout.width(30);											//设置宽度为30cout.fill(' ');											// 置填充字符*cout.setf(ios::internal | ios::showpos);cout <<PI <<endl;cout.unsetf(ios::internal | ios::showpos);cout <<endl;// 标记为科学记数法cout.setf(ios::scientific);								// 设置为科学记数法cout <<"set scientific, PI = " <<PI <<endl;cout.precision(4);										//保留4位小数cout <<"precision 4, PI = " <<PI <<endl;cout.unsetf(ios::scientific);cout <<endl;// 指定用定点形式输出cout.setf(ios::fixed);cout <<"Fixed, PI = " <<PI <<endl;cout.unsetf(ios::fixed);return 0;
}

输出结果如下图：

三、用流成员函数put输出字符

在程序中一般用cout和插入运算符”<<“实现输出，cout流在内存中有相应的缓冲区。有时有些特殊输出要求，ostream类还提供了专用于输出单个字符的成员函数put。

3.1 ASCII码输出

如下示例代码：

#include <iostream>
using namespace std;int main(){// ASCII字符码输出int arr[] = {71, 79, 79, 68};		// 字母GOOD分别对应ASCII码71,79,68// 循环输出单个字符for(int i = 0; i<4; i++) cout.put(arr[i]);cout.put('\n');return 0;
}

运行结果如下图：

3.2 字符串反转

也可使用cout.put()对字符串进行反转输出，示例代码如下：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;int main(){string message = "Hello World!";		//定义字符串信息const char *str = message.c_str();		//将字符串转换为char字符数组// 循环输出字符信息，倒序输出for(int i = message.length() - 1; i >= 0; i--) cout.put(*(str + i));// 换行cout.put('\n');return 0;
}