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C++--IO流

article 2024/9/29 10:02:37

1. C语言的输入与输出

2. 流是什么

3. C++IO流

4 stringstream的简单介绍

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;

http://www.cplusplus.com/reference/istream/istream/operator%3E%3E/

http://www.cplusplus.com/reference/ios/ios/operator_bool/

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;
 else
 return 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;
}

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

struct ServerInfo
{
 char _address[32];
 int _port;
 Date _date;
};
struct ConfigManager
{
public:
 ConfigManager(const char* filename)
 :_filename(filename)
 {}
 void WriteBin(const ServerInfo& info)
 {
 ofstream ofs(_filename, ios_base::out | ios_base::binary);
 ofs.write((const char*)&info, sizeof(info));
 }
 void ReadBin(ServerInfo& info)
 {
 ifstream ifs(_filename, ios_base::in | ios_base::binary);
 ifs.read((char*)&info, sizeof(info));
 }
    // C++文件流的优势就是可以对内置类型和自定义类型，都使用
    // 一样的方式，去流插入和流提取数据
    // 当然这里自定义类型Date需要重载>> 和 <<
    // istream& operator >> (istream& in, Date& d)
  // ostream& operator << (ostream& out, const Date& d)
 void WriteText(const ServerInfo& info)
 {
 ofstream ofs(_filename);
 ofs << info._address << " " << info._port<< " "<<info._date;
 }
 void ReadText(ServerInfo& info)
 {
 ifstream ifs(_filename);
 ifs >> info._address >> info._port>>info._date;
 }
private:
 string _filename; // 配置文件
};
int main()
{
 ServerInfo winfo = { "192.0.0.1", 80, { 2022, 4, 10 } };
 
    // 二进制读写
 ConfigManager cf_bin("test.bin");
 cf_bin.WriteBin(winfo);
 ServerInfo rbinfo;
 cf_bin.ReadBin(rbinfo);
 cout << rbinfo._address << " " << rbinfo._port <<" "
<<rbinfo._date << endl;
    // 文本读写
 ConfigManager cf_text("test.text");
 cf_text.WriteText(winfo);
 ServerInfo rtinfo;
 cf_text.ReadText(rtinfo);
 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 sstream
 sstream.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;      // id
 Date _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。