C++的IO流

Posted 2023-02-21 The August

C++的IO流

• C语言的输入与输出
• 流是什么
• C++标准IO流
• • C++标准IO流
  • C++文件IO流
  • stringstream的使用

C语言的输入与输出

C语言中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”。

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++标准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。

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（主要IO流实现了operator bool）；输出：严格按照题目的要求进行，多一个少一个空格都不行。
   

补充：

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()
	
		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;



int main()


	Date d(2022, 4, 10);
	cout << d<<endl;

	string str;
	//cin >> str;
	getline(cin, str);
	cout << str;
	//while (cin>>str) // operator>>(cin, str)
	// 这里本质相当于下面的调用
	//while ((cin >> str).operator bool())
	
	
	while (d)
	
		cin >> d;
		cout << d;
	

	return 0;

总结：

• 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
• C++IO流，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
• 在while(cin>>d)这类语句中，输入换行 + ctrl+Z（正常退出）用于结束该输入或者输入ctrl+c（终止）
• getline和cin的区别在于cin遇到空格或者换行会刷新缓冲区而getline遇到换行会刷新缓冲区
• 对于自定义类型想要循环输入，需要实现operator bool和operator >>函数

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

使用文件IO流用文本及二进制方式演示读写配置文件

struct ServerInfo

	char _address[32];
	int _port;
;


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));
	

	void WriteText(const ServerInfo& info)
	
		ofstream ofs(_filename);
		ofs << info._address <<endl<<info._port;
	

	void ReadText(ServerInfo& info)
	
		ifstream ifs(_filename);
		ifs >> info._address >> info._port;
	

private:
	string _filename; // 配置文件
;

int main()

	ServerInfo winfo =  "192.0.0.1", 80 ;

	ConfigManager cf_bin("test.bin");
	cf_bin.WriteBin(winfo);

	ServerInfo rbinfo;
	cf_bin.ReadBin(rbinfo);
	cout << rbinfo._address << ":" << rbinfo._port << endl;

	ConfigManager cf_text("test.text");
	cf_text.WriteText(winfo);

	ServerInfo rtinfo;
	cf_text.ReadText(rtinfo);
	cout << rtinfo._address << ":" << rtinfo._port << endl;

	return 0;

ServerInfo中把char _address[32];改为string _address;需要注意：

• 使用二进制读写，要注意，如果是string这样对象，使用二进制读写要注意写出去可能是指针
• 不同进程读进来就是野指针（虚拟地址空间（虚拟地址空间和物理空间的映射）），同一个进程读进来，就是深浅拷贝
• 如果要用二进制读写，就不要用string，用字符数组
• 二进制读写：内存中是什么样子，就按字节，直接写到文件中读进来也一样，按字节原模原样读进来

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()
	
		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;


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));
	

	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 ;

	ConfigManager cf_bin("test.bin");
	cf_bin.WriteBin(winfo);

	ServerInfo rbinfo;
	cf_bin.ReadBin(rbinfo);
	cout << rbinfo._address << ":" << rbinfo._port << ":" <<rbinfo._date << endl;

	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;

注意：

• fstream继承了iostream（只要在iostream中实现了cin，cout，那么fstream中的>>、<<也可以使用）
• fstream的输入输出的用法iostream的类似
• ifstream用于读取文件、ofstream用于写入文件

stringstream的使用

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

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, "%d", 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

stringstream主要可以用来：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;

注意：

• 清空sstream不能用clear，clear（）只是改变其内部状态，但是clear()不会将stringstreams底层字符串清空掉，而str（）将stringstream底层管理string对象设置成""

stringstream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;
	//cout << s.str() << endl;
	s >> sa;
	//cout << sa << endl;
	// 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;
	//cout << s.str() << endl;
	s >> sa;
	//cout << sa << endl;
	string sValue; 
		
	sValue = s.str(); // str()方法：返回stringsteam中管理的string类型
	cout << sValue << endl;
	return 0;

ostringstream、istringstream主要可以用来： 将数值类型数据格式化为字符串、字符串转化为数值类型数据

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()
	
		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;




struct Info

	string _name;
	int _id;
	Date _date;
	string _msg;
;



int main()

	// 结构信息序列化为字符串
	Info winfo =  "张三", 10,  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;

	
	// 字符串解析成结构信息
	Info rInfo;
	istringstream iss(str);
	iss >> rInfo._name >> rInfo._id >> rInfo._date >> rInfo._msg;
	cout << "姓名：" << rInfo._name << " (" << rInfo._id << ") ";
	cout << rInfo._date << " ";
	cout << rInfo._name << " " << rInfo._msg << 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。