【C++】36.C++IO流

文章目录 1. C语言的输入与输出2. 流是什么3. C++IO流3.1 C++标准IO流3.2 C++文件IO流 4. stringstream的简单介绍

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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：

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。

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”。

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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

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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

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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：

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。

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。

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。

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。

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。

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) { // ... } 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0 while (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; }

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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：

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)

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

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

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; }

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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？

使用itoa()函数

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：

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; } 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; } 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：

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。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。可以使用s. str(“”)方法将底层string对象设置为""空字符串。可以使用s.str()将让stringstream返回其底层的string对象。