【C++】36.C++IO流

---

1. 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。如下图所示：

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”。

---

2. 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

---

3. 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

---

3.1 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。

在使用时候必须要包含文件并引入std标准命名空间。

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
{// 声明为友元函数，使其能访问私有成员friend ostream& operator << (ostream& out, const Date& d);friend istream& operator >> (istream& in, Date& d);
public:// 构造函数，提供默认参数Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1):_year(year), _month(month), _day(day){}// 类型转换运算符，将Date转换为bool类型// 用于while(d)这样的条件判断operator bool(){// 示例实现：year为0时返回false，表示结束if (_year == 0)return false;return true;}private:int _year;int _month;int _day;
};// 重载输入运算符
// 注意：参数Date必须是非const，因为要修改其值
istream& operator >> (istream& in, Date& d)
{in >> d._year >> d._month >> d._day;return in;  // 返回流对象以支持连续输入
}// 重载输出运算符
// 参数Date是const，因为不需要修改其值
ostream& operator << (ostream& out, const Date& d)
{out << d._year << " " << d._month << " " << d._day;return out;  // 返回流对象以支持连续输出
}int main()
{// 内置类型的输入输出int i = 1;double j = 2.2;cout << i << endl;  // 使用库中已实现的重载cout << j << endl;// 自定义类型的输入输出Date d(2022, 4, 10);cout << d;  // 使用我们重载的operator<<// 循环输入，直到year为0while (d)   // 使用operator bool()进行判断{cin >> d;   // 使用重载的operator>>cout << d;  // 使用重载的operator<<}return 0;
}

---

3.2 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

// 服务器信息结构体
struct ServerInfo
{char _address[32];  // 服务器地址int _port;         // 端口号Date _date;        // 日期（自定义类型）
};// 配置管理类
struct ConfigManager
{
public:// 构造函数，接收文件名ConfigManager(const char* filename):_filename(filename){}// 二进制写入void WriteBin(const ServerInfo& info){// 以二进制方式打开文件进行写入ofstream ofs(_filename, ios_base::out | ios_base::binary);// 将结构体整块写入ofs.write((const char*)&info, sizeof(info));}// 二进制读取void ReadBin(ServerInfo& info){// 以二进制方式打开文件进行读取ifstream ifs(_filename, ios_base::in | ios_base::binary);// 读取整块数据到结构体ifs.read((char*)&info, sizeof(info));}// 文本方式写入void WriteText(const ServerInfo& info){// 以文本方式打开文件ofstream ofs(_filename);// 使用流插入运算符写入ofs << info._address << " " << info._port << " " << info._date;}// 文本方式读取void ReadText(ServerInfo& info){// 以文本方式打开文件ifstream ifs(_filename);// 使用流提取运算符读取ifs >> info._address >> info._port >> info._date;}private:string _filename; // 配置文件名
};int main()
{// 创建测试数据ServerInfo winfo = { "192.0.0.1", 80, { 2022, 4, 10 } };// 二进制方式读写测试ConfigManager cf_bin("test.bin");cf_bin.WriteBin(winfo);     // 写入ServerInfo rbinfo;cf_bin.ReadBin(rbinfo);     // 读取cout << rbinfo._address << " " << rbinfo._port << " " << rbinfo._date << endl;// 文本方式读写测试ConfigManager cf_text("test.text");cf_text.WriteText(winfo);    // 写入ServerInfo rtinfo;cf_text.ReadText(rtinfo);    // 读取cout << rtinfo._address << " " << rtinfo._port << " " << rtinfo._date << endl;return 0;
}

---

4. 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

#include<sstream>
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;// clear()// 注意多次转换时，必须使用clear将上次转换状态清空掉// 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// 但是clear()不会将stringstreams底层字符串清空掉// s.str("");// 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()
{stringstream sstream;// 将多个字符串放入 sstream 中sstream << "first" << " " << "string,";sstream << " second string";cout << "strResult is: " << sstream.str() << endl;// 清空 sstreamsstream.str("");sstream << "third string";cout << "After clear, strResult is: " << sstream.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()
{// 结构信息序列化为字符串ChatInfo winfo = { "张三", 135246, { 2022, 4, 10 }, "晚上一起看电影吧" };ostringstream oss;oss << winfo._name << " " << winfo._id << " " << winfo._date << " " << winfo._msg;string str = oss.str();cout << str << endl<<endl;// 我们通过网络这个字符串发送给对象，实际开发中，信息相对更复杂，// 一般会选用Json、xml等方式进行更好的支持// 字符串解析成结构信息ChatInfo rInfo;istringstream iss(str);iss >> rInfo._name >> rInfo._id >> rInfo._date >> 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。