C++的IO流操作

C语言的输入与输出

• 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)。 注意宽度输出和精度输出控制。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”。

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具有方向性的数 据（ 其单位可以是bit,byte,packet ）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”。

它的特性是：有序连续、具有方向性

• 为了实现这种流动，C++定义了I/O标准类库，这些每个类都称为流/流类，用以完成某方面的功 能

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

C++标准IO流

• C++标准库提供了4个全局流对象cin、cout、cerr、clog，使用cout进行标准输出，即数据从内 存流向控制台(显示器)。使用cin进行标准输入即数据通过键盘输入到程序中，同时C++标准库还 提供了cerr用来进行标准错误的输出，以及clog进行日志的输出，从上图可以看出，cout、 cerr、clog是ostream类的三个不同的对象，因此这三个对象现在基本没有区别，只是应用场景不 同。

注意：

1. cin为缓冲流。键盘输入的数据保存在缓冲区中，当要提取时，是从缓冲区中拿。如果一次输 入过多，会留在那儿慢慢用，如果输入错了，必须在回车之前修改，如果回车键按下就无法 挽回了。只有把输入缓冲区中的数据取完后，才要求输入新的数据。

2. 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。

3. 空格和回车都可以作为数据之间的分格符，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（ASCII码为32）无法用cin输入，字符串中也不能有空格。回车符也无法读入。

4. cin和cout可以直接输入和输出内置类型数据，原因：标准库已经将所有内置类型的输入和 输出全部重载了

5. 对于自定义类型，如果要支持cin和cout的标准输入输出，需要对<<和>>进行重载。

6. 在线OJ中的输入和输出：

   • 对于IO类型的算法，一般都需要循环输入：
   • 输出：严格按照题目的要求进行，多一个少一个空格都不行。
   • 连续输入时，vs系列编译器下在输入ctrl+Z时结束

// 单个元素循环输入 
while(cin>>a) 
{ // ... 
} 
// 多个元素循环输入 
while(c>>a>>b>>c) 
{ // ... 
} 
// 整行接收 
while(cin>>str) 
{// ... 
}

7. istream类型对象转换为逻辑条件判断值

istream& operator>> (int& val); 
explicit operator bool() const;

• 实际上我们看到使用while(cin>>i)去流中提取对象数据时，调用的是operator>>，返回值是 istream类型的对象，那么这里可以做逻辑条件值，源自于istream的对象又调用了operator bool，operator bool调用时如果接收流失败，或者有结束标志，则返回false。

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){}operator bool(){// 这里是随意写的，假设输入_year为0，则结束if (_year == 0)return false;elsereturn true;}
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;
}// C++ IO流，使用面向对象+运算符重载的方式
// 能更好的兼容自定义类型，流插入和流提取
int main()
{// 自动识别类型的本质--函数重载// 内置类型可以直接使用--因为库里面ostream类型已经实现了int i = 1;double j = 2.2;cout << i << endl;cout << j << endl;// 自定义类型则需要我们自己重载<< 和 >>Date d(2022, 4, 10);cout << d;while (d){cin >> d;cout << d;}return 0;
}

C++文件IO流

C++根据文件内容的数据格式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：

1. 定义一个文件流对象

   • ifstream ifile(只输入用)
   • ofstream ofile(只输出用)
   • fstream iofile(既输入又输出用)

2. 使用文件流对象的成员函数打开一个磁盘文件，使得文件流对象和磁盘文件之间建立联系

3. 使用提取和插入运算符对文件进行读写操作，或使用成员函数进行读写

4. 关闭文件

二进制读写

// 二进制读写
#include<fstream>struct ServerInfo
{char _address[32];// 不要使用string// string _address;double _x;Date _date;
};class BinIO
{
public:BinIO(const char* filename = "info.bin"):_filename(filename){}void Write(const ServerInfo& winfo){// 写是ofstreamofstream ofs(_filename, ofstream::out | ofstream::binary);ofs.write((char*)&winfo, sizeof(winfo));ofs.close();}void Read(const ServerInfo& rinfo){// 读是ifstreamifstream ifs(_filename, ifstream::in | ifstream::binary);ifs.read((char*)&rinfo, sizeof(rinfo));ifs.close();}private:string _filename;
};// 一个进程读写
//int main()
//{
//	// 二进制写文件
//	ServerInfo winfo = { "192.168.1.1", 12.13, { 2022, 4, 10 } };
//	BinIO bin;
//	bin.Write(winfo);
//
//	// 读文件
//	ServerInfo rinfo;
//	BinIO bin;
//	bin.Read(rinfo);
//
//	cout << rinfo._address << endl;
//	cout << rinfo._x << endl;
//	cout << rinfo._date << endl;
//
//	return 0;
//}// 写操作
//int main()
//{
//	// 二进制写文件
//	ServerInfo winfo = { "192.168.1.1", 12.13, { 2022, 4, 10 } };
//	BinIO bin;
//	bin.Write(winfo);
//
//	return 0;
//}// 读操作
int main()
{// 读文件ServerInfo rinfo;BinIO bin;bin.Read(rinfo);cout << rinfo._address << endl;cout << rinfo._x << endl;cout << rinfo._date << endl;return 0;
}

• 可以看到是正常的

• 当把这里的char _address[32]换成string

• 代码就显示异常退出了，这里是因为同一个进程写和读是有浅拷贝的风险

• 一个进程读，过一会一个进程写，会出现野指针访问

文本读写

class TextIO
{
public:TextIO(const char* filename = "info.text"):_filename(filename){}void Write(const ServerInfo& winfo){ofstream ofs(_filename);ofs << winfo._address << endl;ofs << winfo._x << endl;ofs << winfo._date << endl;}void Read(ServerInfo& rinfo){ifstream ifs(_filename);ifs >> rinfo._address;ifs >> rinfo._x;ifs >> rinfo._date;}private:string _filename;
};// 写
//int main()
//{
//	ServerInfo winfo = { "192.168.1.1", 12.13, { 2022, 4, 10 } };
//
//	TextIO text;
//	text.Write(winfo);
//
//	return 0;
//}// 读
int main()
{ServerInfo info;TextIO text;text.Read(info);cout << info._address << endl;cout << info._x << endl;cout << info._date << endl;return 0;
}

stringstream的简单介绍

• 在C语言中，如果想要将一个整形变量的数据转化为字符串格式，如何去做？

1. 使用itoa()函数
2. 使用sprintf()函数

• 但是两个函数在转化时，都得需要先给出保存结果的空间，那空间要给多大呢，就不太好界定， 而且转化格式不匹配时，可能还会得到错误的结果甚至程序崩溃。

int main()
{int n = 123456789;char s1[32];_itoa(n, s1, 10);char s2[32];sprintf(s2, "%d", n);char s3[32];sprintf(s3, "%f", n);return 0;
}

• 在C++中，可以使用stringstream类对象来避开此问题。
• 在程序中如果想要使用stringstream，必须要包含头文件。在该头文件下，标准库三个类：
  istringstream、ostringstream 和 stringstream，分别用来进行流的输入、输出和输入输出操作，本文主要介绍stringstream。

stringstream主要可以用来：

1. 将数值类型数据格式化为字符串

• 注意多次转换时，必须使用clear将上次转换状态清空掉
• stringstream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
• 但是clear()不会将stringstream底层字符串清空掉，将stringstream底层管理string对象设置成""，否则多次转换时，会将结果全部累积在底层string对象中

int main()
{int a = 12345678;// 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;string sa;s >> sa;cout << sa << endl;s.str("");s.clear(); // 清空s, 不清空会转化失败double d = 12.34;s << d;s >> sa;string sValue;sValue = s.str(); // str()方法：返回stringsteam中管理的string类型cout << sValue << endl;return 0;
}

2. 字符串拼接

int main()
{// C语言的方式拼接char sql1[128];char name[10];scanf("%s", name);sprintf(sql1, "select * from t_scroe where name = '%s'", name);printf("%s\n", sql1);// C++的方式拼接string sql2;sql2 += "select * from t_scroe where name = '";sql2 += name;sql2 += "'";cout << sql2 << endl;// 使用ostringstream方法一：分开写Date d(2024, 1, 19);ostringstream oss;oss << d;string sql3;sql3 += "select * from t_data where date = '";sql3 += oss.str();sql3 += "'";cout << sql3 << endl;// 使用ostringstream方法二：直接写ostringstream sqloss;sqloss << "select * from t_data where date = '"<< d << "'";cout << sqloss.str() << endl;return 0;
}

3. 序列化和反序列化结构数据

struct ChatInfo
{string _name; // 名字int _id;      // idDate _date;   // 时间string _msg;  // 聊天信息
};int main()
{ChatInfo winfo = { "张三", 135246, { 2022, 4, 10 }, "晚上一起看电影吧" };stringstream oss;oss << winfo._name << endl;oss << winfo._id << endl;oss << winfo._date << endl;oss << winfo._msg << endl;cout << oss.str() << endl;// 网络输出ChatInfo rinfo;string str = oss.str();stringstream iss(str);iss >> rinfo._name;iss >> rinfo._id;iss >> rinfo._date;iss >> rinfo._msg;cout << "-------------------------------------------------------" << endl;cout << "姓名：" << rinfo._name << "(" << rinfo._id << ") ";cout << rinfo._date << endl;cout << rinfo._name << ":>" << rinfo._msg << endl;cout << "-------------------------------------------------------" << endl;return 0;
}

注意：

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。