C++----IO流（参考C++ primer）

Posted 2022-09-05 4nc414g0n

IO流

• C++IO库
• • 标准IO流
  • • IO无拷贝和赋值
    • IO条件状态及管理 (MARK有问题)
    • 管理输出缓冲区
    • IO的运算符重载
  • 文件IO流
  • • ifstream读
    • ofstream写
    • 文件读写&二进制读写
  • string流
  • • istringstream
    • ostringstream
    • 使用
  • 其他
  • • 加速输入输出
    • IO库再探（C++ Primer-17.5）
    • • 格式化输入输出
      • 非格式化输入输出
      • 流随机访问

C++IO库

—截图自cplusplus.com

标准IO流

IO无拷贝和赋值

头文件iostream有三种类：

• 从流读取数据(istream, wistream)，
• 向流提取数据(ostream, wostream)，
• 读写流(iostream, wiosream)

其中开头为w的是其对应的宽字节版本(为了支持宽字节语言)

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注意: IO对象无拷贝和赋值

截自c++ primer ：

摘自c++ primer

• ------由于不能拷贝IO对象，因此我们也不能将形参或返回类型设置为流类型(参见6.2.1节，第188页)。进行I0操作的函数通常以引用方式传递和返回流。读写一个I0对象会改变.其状态，因此传递和返回的引用不能是const的（正确用法见下面自定义类重载全局<<）

IO条件状态及管理 (MARK有问题)

条件状态（截自c++ primer） ：

• 在ios_base.h源码中有这样两段：
  
  
• 1L<<0为1，1L<<1为2，1L<<2为4，但是根据实际测试与ios_base.h内的不相符，测试结果为：goodbit=0(正常可用状态)，badbit=4(出现系统故障的读写错误状态（无法恢复）)，eofbit=1(遇到文件结束符的状态), failbit=2(读入错误数据的状态（可恢复）)
  可以理解为：
  

例如：

• cin输入与定义的i不对应类型会产生failbit状态
  
• 测试fail()
  
• 管理条件状态
  
• 复位产生新状态
  

管理输出缓冲区

导致输出缓冲区刷新有很多情况 (-----摘自C++ primer)：

• 程序正常结束，作为main函数的return操作的一部分， 缓冲刷新被执行
• 缓冲区满时，需要刷新缓冲，而后新的数据才能继续写入缓冲区，我们可以使用操纵符如endl (参见1.2节，第6页)来显式刷新缓冲区
• 在每个输出操作之后，我们可以用操纵符unitbuf设置流的内部状态，来清空缓冲区。默认情况下，对cerr是设置unitbuf的，因此写到cerr的内容都是立即刷新的
• 一个输出流可能被关联到另一个流。在这种情况下，当读写被关联的流时，关联到的流的缓冲区会被刷新。例如，默认情况下，cin和cerr都关联到cout.因此，读cin或写cerr都会导致cout的缓冲区被刷新

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主动刷新输出缓冲区方式：

• cout<<"test"<<endl;输出test和一个换行，然后刷新缓冲区

• cout<<"test"<<flush;输出test,然后刷新缓冲区，不附加任何额外字符

• cout<<"test"<<ends;输出test和一个空字符，然后刷新缓冲区

manipulators

• cout<<unitbuf;: 所有输出操作后都会立即刷新缓冲区
  
• cout << nounitbuf;: 回到正常的缓冲方式

注意：如果程序崩溃，输出缓冲区不会被刷新

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关联输入输出流：

• 第一种形式返回一个指向绑定输出流的指针
• 第二种形式将对象绑定到 tiestr 并返回指向在调用之前绑定的流的指针（如果有）
• 标准库默认讲cin和cout关联在一起：当一个输入流被关联到–个输出流时，任何试图从输入流读取数据的操作都会先刷新关联的输出流(交互式系统通常应该关联输入流和输出流)，如下两者等价
  
• 解除绑定并保存久绑定：ostream* old_tie = cin.tie(nullptr);
• 关联新的输入输出流：
  
• cin.tie(old_tie);重建cin和cout的关联

IO的运算符重载

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C++标准库提供了4个全局流对象cin、cout、cerr、clog:

• 使用cin进行标准输入即数据通过键盘输入到程序中 (cin是isream类的对象)
• 使用cout进行标准输出，即数据从内存流向控制台(显示器)
• cerr用来进行标准错误的输出
• clog进行日志的输出

(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)
iosfwd文件中：

iostream中：

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注意：

ostream支持参数为streambuf的构造(streambuf有两种：filebuf和stringbuf)

istream同

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C++ IO流，使用面向对象+运算符重载的方式
类ostream重载 << :

• 成员函数
• 非成员函数:
  

int i = 1;
double j = 2.2;
cout << i << endl;// 自动识别类型的本质--函数重载
cout << j << endl;// 内置类型可以直接使用--因为库里面ostream类型已经实现了

调用的并不是同一个函数，分别调用的是ostream& operator<< (int val);和ostream& operator<< (double val);，同时之所以可以连续输出是因为有返回值

• 对于内置类型可以自动识别直接使用
• 对于自定义类型，需要全局重载 (类需要加上友元:friend ostream& operator << (ostream& out, const Date& d); )，以一个成员为内置类型的自定义日期类为例

ostream& operator << (ostream& out, const Date& d)

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

---

类istream重载 >> :

• 成员函数：
  

• 非成员函数：
  

• 自定义类型Date重载>>:

istream& operator >> (istream& in, Date& d)

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

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对于OJ题中的io输入常出现的while (cin >> str)如何结束：换行+ctrlZ
while里的cin>>str实际上是operator>>(cin, str)

• 在C++98中istream类里重载了void*
  
• C++11中istream类里重载了bool：
  

支持ios及其继承类型的对象支持显示类型转换成bool，也就是以为这些类型的对象可以去做条件逻辑判断
以C++11来说也就是：while ((cin >> str).operator bool())，cin在完成cin>>i之后，将自己转换为了一个bool值，当接收到错误状态，bad、eof、fail在对应错误位置时，cin会在错误状态，就返回false，即循环中止，结束

• 注意：这里是显式的类型转换，istream类定义了一个explicit operator bool() 的成员函数。也就是显式的类型转换运算符函数，需要将此类的对象转换为另一种类型时，需要显式调用，如 (bool)cin 或 static_cast(cin)，而若这个成员函数不是explicit的，则可以进行隐式转换，则形如cout<<cin+1;这样的语句就合法了，但是while的条件部分并没有显式转换为什么也合法呢？其实是因为一个例外：即如果表达式被用作条件，则编译器会将显式的类型转换自动应用于它
  参考：C++ 类型转换运算符；条件判断部分使用流对象的实质：while(cin＞＞i)

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对于自定义类型Date如果也要这样使用可以重载 operator bool()
逻辑可以自订(这里是成员_year=0时终止)

• 在类Date内部加上成员函数operator bool()

operator bool()

	if (_year == 0)
		return false;
	else
		return true;

想要这样调用while ((cin>>d).operator bool())，需要改库文件里istream里的bool重载，没有意义

文件IO流

C++推荐使用流来读取配置文件
注意：

• 检查if(out):如果open失败，failbit会被置位。如果open失败，条件会为假，我们就不会去使用out了
• 当一个fstream对象离开其作用域时，与之关联的文件会自动关闭
• 默认情况下，当我们打开一个ofstream时，文件的内容会被丢弃。阻止一个ofstream清空给定文件内容的方法是同时指定app模式:
  ，

ifstream读

注意：

• 删除了拷贝构造
• 可以创建一个无参文件再使用成员函数open手动打开
• 使用initialization(2)构造，其中的mode有：（多个使用 ‘|’ 连接）
  
• 继承了istream的成员函数：
  对于内置类型直接使用>>读出文件内容

ofstream写

ofstream同理：

• 继承ostream的成员函数：
  对于内置类型直接<<写入文件

文件读写&二进制读写

使用文件IO流用文本及二进制方式模拟读写配置文件：

• 文件信息：

struct ServerInfo

	char _address[32];
	//string _address;
	int _port;
;

• 操作：

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
;

---

测试：

• 二进制写和文本写 注意文本写入多个值加上空格换行间隔
对于char[32]类型的_address以二进制方式写入还可以读出，但int类型的port就是未知字符
  
• 二进制读和文本读
  二进制虽然本地打开是乱码，但可以正常读取
  
  文本正常读取

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注意：二进制读写如果将_address改为string类型会出现野指针问题

• 写入的时候是写入的string指针（string对象实际上是一个指针，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），测试sizeof() string对象占40个字节，但string的字符串所占的空间是从堆中动态分配 的，与sizeof()无关
• 如果分两个进程来读取，上一次写入的指针，第二个进程来读取这个指针就不一定会指向这个string了
  
• 即使是写了之后马上读取也会出错（析构两次）


两个对象(winfo,rbinfo)的string _address地址是一样的，会析构两次，况且，写string并没有把真正的数据写进去
• 至于文本插入没有问题的原因：string类重载了流插入(<<)和流提取(>>),遍历string所有元素返回std::ostream& out,也就是字符串本身而不是指针

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对于自定义类型Date：

• 前面已经重载了cin，cout，这里ifstream/ofstream切片继承父类istream/ostream, 直接用即可
  

string流

istringstream

构造：
成员函数：

• str()：获取/设置内容（字符串）构造空对象再用str()设置

ostringstream

同理：

使用

有一个学生信息struct

struct Info

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

序列化反序列化：

// 结构信息序列化为字符串
Info winfo =  "test", 10,  2022, 9, 4 , "message" ;
ostringstream oss;
oss << winfo._name << " " << winfo._id << " " << winfo._date << " " << winfo._msg;
string str = oss.str();
cout << str << endl;
// 获取
Info rInfo;
istringstream iss(str);
iss >> rInfo._name >> rInfo._id >> rInfo._date >> rInfo._msg;
cout << "name：" << rInfo._name << " (" << rInfo._id << ") ";
cout << rInfo._date << endl;
cout << rInfo._name << ":>" << rInfo._msg << endl;

其他

加速输入输出

• 标准库默认关联cin和cout底层自动会调用很多flush(同步刷新缓冲区)
• C++为了兼容C，sync_with_stdio(输入同步开关)。如果流是同步的，则程序可以将 iostream 操作与 stdio 操作混合，并保证它们的可观察效果遵循与线程中使用的相同顺序
  
• 关闭提升速度：std::cin.tie(nullptr) ,std::ios::sync_with_stdio(false);

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注意关闭同步后不要混用scanf ,getchar,gets,fgets,fscanf和cin

IO库再探（C++ Primer-17.5）

格式化输入输出

非格式化输入输出

流随机访问