C++的IO流

Posted 2022-04-14 小倪同学 -_-

文章目录

• C语言的输入与输出
• 流的概念
• C++IO流
• • C++标准IO流
  • C++文件IO流
• stringstream的简单介绍

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)。使用时需要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：

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”。

流的概念

“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++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

• cout进行标准输出，即数据从内存流向控制台(显示器)
• cin进行标准输入即数据通过键盘输入到程序中
• cerr用来进行标准错误的输出
• 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。

C++标准IO流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（对于需要输入空格的字符串，我们可以使用getline函数，该函数只有遇到换行符才会停止读取）。

例：用cin和getline读取hello world

int main()

	string s1;
	cin >> s1;
	cout << s1 << endl;
	fflush(stdin);// 清空输入缓冲区

	cout << endl;
	getline(cin, s1);
	cout << s1 << endl;

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。

>>运算符的重载
<<运算符的重载

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

例：对<<和>>进行重载，让它能输入输出简单的日期类

class Date

	friend ostream& operator << (ostream& out, const Date& d);
	friend istream& operator >> (istream& in, Date& d);
public:
	Date(int year = 2001, int month = 1, int day = 1)
		:_year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
	

private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
;
//对>>进行重载
istream& operator >> (istream& in, Date& d)

	in >> d._year >> d._month >> d._day;
	return in;

//对<<进行重载
ostream& operator << (ostream& out, const Date& d)

	out << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day;
	return out;


int main()

	Date d;
	cin >> d;
	cout << d<<endl;
	return 0;

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

// 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)

	// ...

输出：严格按照题目的要求进行，多一个少一个空格都不行

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如下

1. 定义一个文件流对象

操作文件的类有以下三个

类	对应操作场景
ofstream	只写
ifstream	只读
fstream	读+写

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

使用过程

#include<iostream>
#include<string>
#include <fstream>
#include <sstream>

using namespace std;

// 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 _ip[32]; // ip
	int _port; // 端口
;

struct ConfigManager

public:
	ConfigManager(const char* configfile = "bitserver.config")
		:_configfile(configfile)
	
	void WriteBin(const ServerInfo& info)
	
		// 这里使用二进制方式打开写
		ofstream ofs(_configfile, ifstream::out | ifstream::binary);
		ofs.write((const char*)&info, sizeof(ServerInfo));
		ofs.close();
	
	void ReadBin(ServerInfo& info)
	
		// 这里使用二进制方式打开读
		ifstream ifs(_configfile, ifstream::in | ifstream::binary);
		ifs.read((char*)&info, sizeof(ServerInfo));
		ifs.close();
	
	void WriteText(const ServerInfo& info)
	
		// 这里会发现IO流写整形比C语言要简单，
		// C 语言得先把整形itoa再写
		ofstream ofs(_configfile);
		ofs << info._ip << endl;
		ofs << info._port << endl;
		ofs.close();
	
	void ReadText(ServerInfo& info)
	
		// 这里会发现IO流读整形比C语言要简单，
		// C 语言得先读字符串，再atoi
		ifstream ifs(_configfile);
		ifs >> info._ip;
		ifs >> info._port;
		ifs.close();
	
private:
	string _configfile; // 配置文件
;
int main()

	ConfigManager cfgMgr;
	ServerInfo wtinfo;
	ServerInfo rdinfo;
	strcpy(wtinfo._ip, "127.0.0.1");
	wtinfo._port = 80;
	// 二进制读写
	cfgMgr.WriteBin(wtinfo);
	cfgMgr.ReadBin(rdinfo);
	cout << rdinfo._ip << endl;
	cout << rdinfo._port << endl;

	// 文本读写
	cfgMgr.WriteText(wtinfo);
	cfgMgr.ReadText(rdinfo);
	cout << rdinfo._ip << endl;
	cout << rdinfo._port << endl;
	return 0;

运行结果

stringstream的简单介绍

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 main()

	int a = 10;
	char arr[10];
	itoa(a, arr, 10); //将整型的a转化为字符存储在字符串arr当中

2. 使用sprintf()函数

int main()

	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，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（sstream）。

在该头文件下，有以下三个类

类	对应操作场景
istringstream	输入
ostringstream	输出
stringstream	输入输出

这里主要介绍stringstream，stringstream有以下功能

1. 将数值类型数据格式化为字符串

#include<sstream>
#include<iostream>
#include<string>
#include <fstream>
#include <sstream>

using namespace std;
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;
	cout << sa << endl;
	cout << sa.size() << endl;// 计算sa的大小判断其是否为字符串

	s.str(""); // 将stringstream底层管理string对象设置成""
	s.clear(); // 清空s, 不清空会转化失败	
	double d = 12.34;
	s << d;
	sa = s.str(); // str()方法：返回stringsteam中管理的string类型
	cout << sa << endl;
	cout << sa.size() << 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;

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(“”)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。