＜C++＞ IO流

C语言的输入与输出

在C语言当中，我们使用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，并将读取到的值存放到某一指定变量当中。
• printf： 将指定的数据输出到标准输出设备（屏幕），使用时需要注意宽度输出和精度输出的控制。

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”这个概念的，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有方向性的数据的抽象描述。

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）输入和从计算机内部向外部输出设备（如显示器）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。
• 使用cerr进行标准错误的输出。
• 使用clog进行日志的输出。

从上图可以看出，cout、cerr、clog都是由ostream类实例化出的三个不同的对象，因此这三个对象基本没什么区别，只是应用场景不同。

在使用时候必须要包含#include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。

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main(){string s;cin >> s;          //输入："hello world"cout << s << endl; //输出："hello"return 0;
}

对于含有空格的字符串，我们需要使用getline函数进行读取，因为getline函数只有遇到’\n’才会停止读取。

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main(){string s;getline(cin, s);   //输入："hello world"cout << s << endl; //输出："hello world"return 0;
}

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、循环输入和输出

// 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。

C++文件IO流

C++标准库中的<fstream>头文件提供了用于文件输入和输出的类和接口。这些类通常与文件流对象一起使用，允许你打开、读取、写入和关闭文件。以下是一些常用的<fstream>接口和类的介绍：

1. ifstream（输入文件流）：ifstream类用于从文件中读取数据。

• 常用成员函数：
  • open(const char* filename, ios_base::openmode mode = ios_base::in)：打开指定文件以供读取。mode参数指定了文件的打开模式，例如 ios::in 表示只读模式。
  • close()：关闭打开的文件。
  • is_open()：检查文件是否已经成功打开。
  • get()：从文件中读取一个字符。
  • getline(char* buffer, streamsize count, char delim)：从文件中读取一行文本，直到遇到指定的分隔符或达到指定的字符数。
  • operator>>：用于从文件中读取各种数据类型，例如 int、double等。

2. ofstream（输出文件流）：

• ofstream类用于向文件中写入数据。
• 常用成员函数：
  • open(const char* filename, ios_base::openmode mode = ios_base::out)：打开指定文件以供写入。mode参数指定了文件的打开模式，例如 ios::out 表示只写模式。
  • close()：关闭打开的文件。
  • is_open()：检查文件是否已经成功打开。
  • put(char c)：将字符写入文件。
  • write(const char* buffer, streamsize count)：将指定数量的字节写入文件。
  • operator<<：用于将各种数据类型写入文件，例如 int、double等。

3. fstream（文件流）：

• fstream类可用于既可以读取又可以写入文件的情况。
• 它继承了ifstream和ofstream的所有成员函数，因此可以用于打开、读取和写入文件。

以下是一些常见的文件打开模式：

1. ios::in：
   • 打开文件以供读取。可以使用ifstream类或fstream类来读取文件内容。
2. ios::out：
   • 打开文件以供写入。可以使用ofstream类或fstream类来写入文件内容。如果文件不存在，则会创建一个新文件；如果文件已存在，则会截断（清空）文件内容。
3. ios::app：
   • 打开文件以供追加写入。新数据将被添加到文件的末尾，而不会截断文件内容。如果文件不存在，则会创建一个新文件。
4. ios::binary：
   • 以二进制模式打开文件。这个模式用于处理二进制文件，如图像、音频或其他非文本文件。在二进制模式下，不会执行文本的自动换行和转换。
5. ios::ate：
   • 打开文件后，将文件指针移到文件的末尾。这可以让你立即开始读取或写入文件的末尾部分。
6. ios::trunc：
   • 如果文件已存在，在打开文件时会截断（清空）文件内容。通常与ios::out一起使用，以确保文件被清空后写入新数据。

这些打开模式可以组合使用，通过按位或运算符|来实现。例如，要以二进制追加写入的方式打开文件，可以使用ios::binary | ios::app。

代码示例：

#include <iostream>
#include <fstream>
using namespace std;int main() {// 打开一个文本文件以供读取ifstream inputFile("input.txt", ios::in);// 打开一个二进制文件以供写入，如果不存在则创建ofstream binaryFile("output.bin", ios::out | ios::binary);// 打开一个文本文件以供追加写入ofstream appendFile("log.txt", ios::out | ios::app);if (inputFile.is_open() && binaryFile.is_open() && appendFile.is_open()) {// 文件已成功打开，可以进行读取和写入操作// ...// 关闭文件inputFile.close();binaryFile.close();appendFile.close();} else {cout << "无法打开文件" << endl;}return 0;
}

控制文件指针位置

tellg和seekg是C++中用于在文件流对象中控制文件指针位置的函数，通常与ifstream和fstream一起使用，用于读取文件的特定位置或获取当前文件指针的位置。

1. tellg函数：

   tellg函数用于获取当前文件指针的位置（读取位置）。它返回一个类型为streampos的值，表示当前文件指针的位置。streampos通常是一个整数类型，用于表示文件的字节偏移量。

   用法示例：

   ifstream inputFile("example.txt", ios::in);if (inputFile.is_open()) {// 获取当前文件指针的位置streampos currentPosition = inputFile.tellg();cout << "当前文件指针位置：" << currentPosition << endl;// 读取文件内容// ...// 获取新的文件指针位置currentPosition = inputFile.tellg();cout << "新的文件指针位置：" << currentPosition << endl;
   }
   

2. seekg函数：

   seekg函数用于设置文件指针的位置，以便在文件中进行定位。它允许你将文件指针移动到文件的特定位置，以便读取或写入数据。seekg接受两个参数，第一个参数是偏移量，第二个参数是基准位置，用于确定偏移量是相对于文件的开头、当前位置还是文件的末尾。

   基准位置可以是以下之一：

   • ios::beg：基于文件的开头。
   • ios::cur：基于当前文件指针位置。
   • ios::end：基于文件的末尾。

   用法示例：

   ifstream inputFile("example.txt", ios::in);if (inputFile.is_open()) {// 将文件指针移动到文件的第10个字节（相对于文件开头）inputFile.seekg(10, ios::beg);// 读取从第10个字节开始的内容string data;inputFile >> data;cout << "从第10个字节开始的内容：" << data << endl;// 将文件指针移动到文件末尾inputFile.seekg(0, ios::end);// 获取文件末尾的位置streampos endPosition = inputFile.tellg();cout << "文件末尾位置：" << endPosition << endl;
   }
   

文件操作示例

以二进制的形式操作文件

以二进制的形式对文件进行写入操作：

//以二进制的形式对文件进行写入
void WriteBinary(){ofstream ofile; //定义文件流对象ofile.open("test.bin", ofstream::out | ofstream::binary); //以二进制写入的方式打开test.bin文件char data[] = "Hello World";ofile.write(data, strlen(data)); //将data字符串写入文件ofile.put('!'); //将字符'!'写入文件ofile.close(); //关闭文件
}

以二进制的形式对文件进行读取操作：

//以二进制的形式对文件进行读取
void ReadBinary(){ifstream ifile; //定义文件流对象ifile.open("test.bin", ofstream::in | ofstream::binary); //以二进制读取的方式打开test.bin文件ifile.seekg(0, ifile.end); //跳转到文件末尾int length = ifile.tellg(); //获取当前字符在文件当中的位置，即文件的字符总数ifile.seekg(0, ifile.beg); //重新回到文件开头char data[100];ifile.read(data, length); //将文件当中的数据全部读取到字符串data当中ifile.close(); //关闭文件
}

以文本的形式操作文件

以文本的形式对文件进行写入操作：

//以文本的形式对文件进行写入
void WriteTxt(){ofstream ofile; //定义文件流对象ofile.open("test.txt"); //以写入的方式打开test.txt文件char data[] = "Hello World";ofile.write(data, strlen(data)); //将data字符串写入文件ofile.put('!'); //将字符'!'写入文件ofile.close(); //关闭文件
}

以文本的形式对文件进行读取操作：

//以文本的形式对文件进行读取
void ReadTxt(){ifstream ifile; //定义文件流对象ifile.open("test.txt"); //以读取的方式打开test.txt文件ifile.seekg(0, ifile.end); //跳转到文件末尾int length = ifile.tellg(); //获取当前字符在文件当中的位置，即文件的字符总数ifile.seekg(0, ifile.beg); //重新回到文件开头char data[100];ifile.read(data, length); //将文件当中的数据全部读取到字符串data当中cout << length << endl;cout << data << endl;ifile.close(); //关闭文件
}

注意： 使用ofstream类对象的open函数时，若不指定打开方式，则默认以写的方式打开文件；使用ifstream类对象的open函数时，若不指定打开方式，则默认以读的方式打开文件；使用fstream类对象的open函数时，若不指定打开方式，则默认以写+读的方式打开文件。

使用>>和<<对文件进行操作

使用>>和<<运算符对文件进行读写操作，会变得很简单，也很形象。
对文件进行写入操作：

//对文件进行写入操作
void WriteFile(){ofstream ofs("data.txt"); //定义文件流对象，并打开文件ofs << "Hello World"; //字符串“流入”文件ofs.close(); //关闭文件
}

对文件进行读取操作：

//对文件进行读取操作
void ReadFile(){ifstream ifs("data.txt"); //定义文件流对象，并打开文件char data[100];ifs >> data; //文件数据“流入”字符串dataifs.close(); //关闭文件
}

stringstream流

在C语言中，我们若是想要将一个整型变量的数据转化为字符串格式，有以下两种方法：
1、使用itoa函数进行转化。

int a = 10;
char arr[10];
itoa(a, arr, 10); //将整型的a转化为十进制字符数字存储在字符串arr当中

2、使用sprintf函数进行转化。

int a = 10;
char arr[10];
sprintf(arr, "%d", a); //将整型的a转化为字符串格式存储在字符串arr当中

虽然itoa函数和sprintf函数都能完成转化，但是在两个函数在转化时，都需要先给出保存结果的空间，而空间的大小是不太好界定的，除此之外，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。

在C++中，我们可以使用stringstream类对象来避开此问题。在程序当中如果想要使用stringstream，必须要包含头文件sstream。在该头文件下，有三个类：

类	对应操作场景
ostringstream	输出操作
istringstream	输入操作
stringstream	输入操作+输出操作

以下是stringstream的一些常用接口：

1、stringstream 的构造函数：

stringstream()：创建一个空的字符串流。

stringstream(std::string str)：使用给定的字符串 str 初始化字符串流。

2、插入数据到字符串流：

<< 操作符：插入数据到字符串流中。你可以使用它来插入各种数据类型，如整数、浮点数、字符串等。

std::stringstream ss;
int num = 42;
ss << "The answer is: " << num;

3、从字符串流中提取数据：

>> 操作符：从字符串流中提取数据。你可以使用它来提取数据到不同的数据类型。

int extractedNum;
ss >> extractedNum;

4、获取字符串流中的字符串：

str() 函数：获取字符串流中的全部内容作为一个字符串。

std::string content = ss.str();

5、清空字符串流：

clear() 函数：清空字符串流的状态和内容。

ss.clear();

6、指定基数（进制）：

std::hex、std::oct、std::dec：可以使用这些流控制器来指定插入或提取整数时的进制，如十六进制、八进制或十进制。

int num = 255;
ss << std::hex << num; // 将 num 以十六进制插入

7、获取当前位置：

tellg() 函数：获取当前的读取位置。

std::streampos pos = ss.tellg();

8、设置读取位置：

seekg(std::streampos pos)：将读取位置设置为指定的位置。

ss.seekg(0); // 设置读取位置为开头

stringstream流操作示例

1、将数值类型数据格式化为字符串。

#include <iostream>
#include <sstream>
#include <string>
using namespace std;
int main(){int a = 10;string sa;stringstream s;s << a; //将int类型的a放入输入流s >> sa; //从s中抽取前面插入的int类型的值，赋值给string类型（方式一）cout << sa << endl;s.str(""); //将stringstream底层管理的string对象设置为""。s.clear(); //将上次转换状态清空掉//进行下一次转换double b = 3.14;s << b;sa = s.str(); //获取stringstream中管理的string类型（方式二）cout << sa << endl;return 0;
}

2、字符串拼接。

#include <iostream>
#include <sstream>
#include <string>
using namespace std;
int main(){string rets;stringstream s;s << "Hello" << "World"; //将多个字符串放入stringstream中s >> rets; //方式一获取cout << rets << endl;s.str(""); //将stringstream底层管理的string对象设置为空字符串s.clear(); //将上次转换状态清空掉s << "Thanks" << " " << "for" << " " << "reading"; //将多个字符串放入stringstream中rets = s.str(); //方式二获取cout << rets << endl;return 0;
}

注意事项：

1. stringstream实际是在底层维护了一个string类型的对象用来保存结果。
2. 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，因此在下一次转换前必须调用clear将状态重置为goodbit才可以转换，但clear不会将stringstream底层的string对象清空。
3. 可以使用s.str(“”)的方式将stringstream底层的string对象设置为空字符串，否则多次转换时，会将结果全部累积在底层string对象中。
4. 获取stringstream转换后的结果有两个方法，一是使用>>运算符之间从流当中提取，二是使用s.str( )获取stringstream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，也不会存在格式化失败的风险，因此使用更方便，更安全。