C++ IO流
IO流
1.流类库结构
程序的输入指的是从输入文件将数据传送给程序，程序的输出指的是从程序将数据传送给输出文件。
C++输入输出包含以下三个方面的内容：
- 对系统指定的标准设备的输入和输出。即从键盘输入数据，输出到显示器屏幕。这种输入输出称为标准的输入输出，简称标准I/O。
- 以外存磁盘文件为对象进行输入和输出，即从磁盘文件输入数据，数据输出到磁盘文件。以外存文件为对象的输入输出称为文件的输入输出，简称文件I/O。
- 对内存中指定的空间进行输入和输出。通常指定一个字符数组作为存储空间(实际上可以利用该空间存储任何信息)。这种输入和输出称为字符串输入输出，简称串I/O。
C++的输入输出对C语言的扩展和加强
在C++的输入输出中，编译系统对数据类型进行严格的检查，凡是类型不正确的数据都不可能通过编译。因此C++的I/O操作是类型安全(type safe)的。C++的I/O操作是可扩展的，不仅可以用来输入输出标准类型的数据，也可以用于用户自定义类型的数据。
C++通过I/O类库来实现丰富的I/O功能。这样使C++的输人输出明显地优于C 语言中的printf和scanf，但是也为之付出了代价，C++的I/O系统变得比较复杂，要掌握许多细节。
流类库结构
ios是抽象基类，由它派生出istream类和ostream类，两个类名中第1个字母i和o分别代表输入(input)和输出(output)。 istream类支持输入操作，ostream类支持输出操作， iostream类支持输入输出操作。iostream类是从istream类和ostream类通过多继承而派生的类。其继承层次见上图表示。
C++对文件的输入输出需要用ifstream和ofstream类，两个类名中第1个字母i和o分别代表输入和输出，第2个字母f代表文件 (file)。ifstream支持对文件的输入操作， ofstream支持对文件的输出操作。类ifstream继承了类istream，类ofstream继承了类ostream，类fstream继承了 类iostream。
有关头文件
iostream类库中不同的类的声明被放在不同的头文件中，用户在自己的程序中用#include命令包含了有关的头文件就相当于在本程序中声明了所需 要用到的类。可以换 —种说法：头文件是程序与类库的接口，iostream类库的接口分别由不同的头文件来实现。常用的有
| 头文件 | 含义 |
|---|---|
| iostream | 包含了对输入输出流进行操作所需的基本信息。 |
| fstream | 用于用户管理的文件的I/O操作。 |
| strstream | 用于字符串流I/O。 |
| stdiostream | 用于混合使用C和C ++的I/O机制时，例如想将C程序转变为C++程序。 |
| iomanip | 在使用格式化I/O时应包含此头文件。 |
常见流对象
| 对象 | 含义 | 对应设备 | 对应的类 | c语言中相应的标准文件 |
|---|---|---|---|---|
| cin | 标准输入流 | 键盘 | istream_withassign | stdin |
| cout | 标准输出流 | 屏幕 | ostream_withassign | stdout |
| cerr | 标准错误流 | 屏幕 | ostream_withassign | stderr |
| clog | 标准错误流 | 屏幕 | ostream_withassign | stderr |
在iostream头文件中定义以上4个流对象用以下的形式（以cout为例）：
ostream cout ( stdout);在定义cout为ostream流类对象时，把标准输出设备stdout作为参数，这样它就与标准输出设备(显示器)联系起来，如果有cout <<3;就会在显示器的屏幕上输出3。
运算符重载
“<<”和“>>”本来在C++中是被定义为左位移运算符和右位移运算符的，由于在iostream头文件中对它们进行了重载， 使它们能用作标准类型数据的输入和输出运算符。所以，在用它们的程序中必须用#include命令把iostream包含到程序中。
1)>>a表示将数据放入a对象中。
2)<
2.标准IO
cout流对象
cout是console output的缩写，意为在控制台（终端显示器）的输出。强调几点。
1) cout不是C++预定义的关键字，它是ostream流类的对象，在iostream中定义。 顾名思义，流是流动的数据，cout流是流向显示器的数据。cout流中的数据是用流插入运算符“<<”顺序加入的。cout流是容纳数据的载体，它并不是一个运算符。人们关心的是cout流中的内容，也就是向显示器输出什么。
2)用“cout<<”输出基本类型的数据时，可以不必考虑数据是什么类型，系统会判断数据的类型，并根据其类型选择调用与之匹配的运算符重 载函数。这个过程都是自动的，用户不必干预。如果在C语言中用prinf函数输出不同类型的数据，必须分别指定相应的输出格式符，十分麻烦，而且容易出错。C++的I/O机制对用户来说，显然是方便而安全的。
3) cout流在内存中对应开辟了一个缓冲区，用来存放流中的数据，当向cout流插人一个endl时，不论缓冲区是否已满，都立即输出流中所有数据，然后插入一个换行符，并刷新流（清空缓冲区）。注意如果插人一个换行符”\n“（如cout<只输出和换行，而不刷新cout流(但并不是所有编译系统都体现出这一区别）。
4) 在iostream中只对”<<”和”>>”运算符用于标准类型数据的输入输出进行了重载，但未对用户声明的类型数据的输入输出 进行重载。如果用户声明了新的类型，并希望用”<<”和”>>”运算符对其进行输入输出，按照重运算符重载来做。
cerr流对象
cerr流对象是标准错误流，cerr流已被指定为与显示器关联。cerr的 作用是向标准错误设备(standard error device)输出有关出错信息。cerr与标准输出流cout的作用和用法差不多。但有一点不同：cout流通常是传送到显示器输出，但也可以被重定向 输出到磁盘文件，而cerr流中的信息只能在显示器输出。当调试程序时，往往不希望程序运行时的出错信息被送到其他文件，而要求在显示器上及时输出，这时 应该用cerr。cerr流中的信息是用户根据需要指定的。
注意：cerr不经过缓冲区
clog流对象
clog流对象也是标准错误流，它是console log的缩写。它的作用和cerr相同，都是在终端显示器上显示出错信息。区别：cerr是不经过缓冲区，直接向显示器上输出有关信息，而clog中的信息存放在缓冲区中，缓冲区满后或遇endl时向显示器输出。
2.1标准输入
标准输入流对象cin，重点掌握的函数
cin.get() //一次只能读取一个字符
cin.get(一个参数) //读一个字符
cin.get(三个参数) //可以读字符串
cin.getline()
cin.ignore()
cin.peek()
cin.putback()
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输入基本类型
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ctr+z 会产生一个 EOF(-1)
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读一个字符 链式编程
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cin.getline() 可以接受空格
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缓冲区实验
1 输入 “aa bb cc dd” 字符串入缓冲区
2 通过 cin >> buf1; 提走了 aa
3 不需要输入 可以再通过cin.getline() 把剩余的缓冲区数据提走
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ignore 和 peek
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输入的整数和字符串分开处理
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2.2标准输出
标准输出流对象cout
cout.flush()
cout.put()
cout.write()
cout.width()
cout.fill()
cout.setf(标记)
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常见案例
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使用cout.setf()控制符
#include " ;
cout.width(30);
cout.fill('*');
cout.setf(ios::showbase); //#include \n" ;
cout << endl;
cout << endl;
//manipulator(操作符、控制符)
//使用控制阀
cout << ""
<< setw(30)
<< setfill('*')
<< setiosflags(ios::showbase) //基数
<< setiosflags(ios::internal)
<< hex
<< 123
<< "\n"
<< endl;
system("pause");
return;
}
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<start>0x**************************7b<End>
<Start>0x**************************7b<End>
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在输出数据时，为简便起见，往往不指定输出的格式，由系统根据数据的类型采取默认的格式，但有时希望数据按指定的格式输出，如要求以十六进制或八进制形式 输出一个 整数，对输出的小数只保留两位小数等。有两种方法可以达到此目的。
1）使用控制符的方法；
2）使用流对象的有关成员函数。分别叙述如下。
使用格式控制符
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人们在输入输出时有一些特殊的要求，如在输出实数时规定字段宽度，只保留两位小数，数据向左或向右对齐等。C++提供了在输入输出流中使用的控制符(有的书中称为操纵符)
输出双精度数
double a=123.456789012345; // 对a赋初值
1) cout<123.456
2) cout<9)<123.456789
3) cout<6); 恢复默认格式(精度为6)
4) cout<< setiosflags(ios∷fixed); 输出： 123.456789
5) cout<8)<123.45678901
6) cout<1.234568e+02
7) cout<4)<1.2346e02
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整数输出的例子
int b=123456; // 对b赋初值
1) cout<123456
2) cout<1e240
3) cout<1E240
4) cout<10)<'，'<123456，123456
5) cout<'*')<10)<123456
6) cout<123456
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如果在多个cout语句中使用相同的setw(n)，并使用setiosflags(ios::right)，可以实现各行数据右对齐，如果指定相同的精度，可以实现上下小数点对齐。
各行小数点对齐
int main( )
{
double a=123.456,b=3.14159,c=-3214.67;
cout<2);
cout<10)<cout<10)<cout<10)<"pause");
return 0;
}
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输出如下：
123.46 (字段宽度为10，右对齐，取两位小数)
3.14
-3214.67
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先统一设置定点形式输出、取两位小数、右对齐。这些设置对其后的输出均有效(除非重新设置)，而setw只对其后一个输出项有效，因此必须在输出a，b，c之前都要写setw(10)。
用流对象的成员函数控制输出格式
除了可以用控制符来控制输出格式外，还可以通过调用流对象cout中用于控制输出格式的成员函数来控制输出格式。用于控制输出格式的常用的成员函数如下：
流成员函数setf和控制符setiosflags括号中的参数表示格式状态，它是通过格式标志来指定的。格式标志在类ios中被定义为枚举值。因此在引用这些格式标志时要在前面加上类名ios和域运算符“::”。格式标志见表13.5。
简单示例：
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1) 成员函数width(n)和控制符setw(n)只对其后的第一个输出项有效。如：
cout. width(6);
cout <<20 <<3.14<
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输出结果为 203.14.
在输出第一个输出项20时，域宽为6，因此在20前面有4个空格，在输出3.14时，width (6)已不起作用，此时按系统默认的域宽输出（按数据实际长度输出）。如果要求在输出数据时都按指定的同一域宽n输出，不能只调用一次width(n)， 而必须在输出每一项前都调用一次width(n>，上面的程序中就是这样做的。
2) 在表13.5中的输出格式状态分为5组，每一组中同时只能选用一种（例如dec、hex和oct中只能选一，它们是互相排斥的）。在用成员函数setf和 控制符setiosflags设置输出格式状态后，如果想改设置为同组的另一状态，应当调用成员函数unsetf（对应于成员函数setf）或 resetiosflags（对应于控制符setiosflags），先终止原来设置的状态。然后再设置其他状态，大家可以从本程序中看到这点。程序在开始虽然没有用成员函数setf和控制符setiosflags设置用dec输出格式状态，但系统默认指定为dec，因此要改变为hex或oct，也应当先 用unsetf 函数终止原来设置。如果删去程序中的第7行和第10行，虽然在第8行和第11行中用成员函数setf设置了hex和oct格式，由于未终止dec格式，因 此hex和oct的设置均不起作用，系统依然以十进制形式输出。
同理，程序倒数第8行的unsetf 函数的调用也是不可缺少的。
3) 用setf 函数设置格式状态时，可以包含两个或多个格式标志，由于这些格式标志在ios类中被定义为枚举值，每一个格式标志以一个二进位代表，因此可以用位或运算符“|”组合多个格式标志。如倒数第5、第6行可以用下面一行代替：
cout.setf(ios::internal | ios::showpos); //包含两个状态标志，用"|"组合
4) 可以看到：对输出格式的控制，既可以用控制符(如例13.2)，也可以用cout流的有关成员函数(如例13.3)，二者的作用是相同的。控制符是在头文件iomanip中定义的，因此用控制符时，必须包含iomanip头文件。cout流的成员函数是在头文件iostream 中定义的，因此只需包含头文件iostream，不必包含iomanip。许多程序人员感到使用控制符方便简单，可以在一个cout输出语句中连续使用多种控制符。
3.文件IO
3.1文件流及其对象
输入输出是以系统指定的标准设备（输入设备为键盘，输出设备为显示器）为对象的。在实际应用中，常以磁盘文件作为对象。即从磁盘文件读取数据，将数据输出到磁盘文件。
和文件有关系的输入输出类主要在fstream.h这个头文件中被定义，在这个头文件中主要被定义了三个类，由这三个类控制对文件的各种输入输出操 作，他们分别是ifstream、ofstream、fstream，其中fstream类是由iostream类派生而来，他们之间的继承关系见下图所 示。
由于文件设备并不像显示器屏幕与键盘那样是标准默认设备，所以它在fstream.h头文件中是没有像cout那样预先定义的全局对象，所以我们必须自己定义一个该类的对象。
ifstream类，它是从istream类派生的，用来支持从磁盘文件的输入。
ofstream类，它是从ostream类派生的，用来支持向磁盘文件的输出。
fstream类，它是从iostream类派生的，用来支持对磁盘文件的输入输出。
3.2文件的基本操作
打开文件
所谓打开(open)文件是一种形象的说法，如同打开房门就可以进入房间活动一样。 打开文件是指在文件读写之前做必要的准备工作，包括：
- 为文件流对象和指定的磁盘文件建立关联，以便使文件流流向指定的磁盘文件。
- 指定文件的工作方式，如，该文件是作为输入文件还是输出文件，是ASCII文件还是二进制文件等。
以上工作可以通过两种不同的方法实现。
1) 调用文件流的成员函数open。如
ofstream outfile; //定义ofstream类(输出文件流类)对象outfile
outfile.open("f1.dat",ios::out); //使文件流与f1.dat文件建立关联
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第2行是调用输出文件流的成员函数open打开磁盘文件f1.dat，并指定它为输出文件， 文件流对象outfile将向磁盘文件f1.dat输出数据。ios::out是I/O模式的一种，表示以输出方式打开一个文件。或者简单地说，此时f1.dat是一个输出文件，接收从内存输出的数据。
调用成员函数open的一般形式为：
文件流对象.open(磁盘文件名, 输入输出方式);
磁盘文件名可以包括路径，如”c:/new/f1.dat”，如缺省路径，则默认为当前目录下的文件。
2) 在定义文件流对象时指定参数
在声明文件流类时定义了带参数的构造函数，其中包含了打开磁盘文件的功能。因此，可以在定义文件流对象时指定参数，调用文件流类的构造函数来实现打开文件的功能。如
ostream outfile("f1.dat",ios::out); 一般多用此形式，比较方便。作用与open函数相同。
输入输出方式是在ios类中定义的，它们是枚举常量，有多种选择，见表13.6。
几点说明：
1) 新版本的I/O类库中不提供ios::nocreate和ios::noreplace。
2) 每一个打开的文件都有一个文件指针，该指针的初始位置由I/O方式指定，每次读写都从文件指针的当前位置开始。每读入一个字节，指针就后移一个字节。当文 件指针移到最后，就会遇到文件结束EOF（文件结束符也占一个字节，其值为-1)，此时流对象的成员函数eof的值为非0值(一般设为1)，表示文件结束 了。
3) 可以用“位或”运算符“|”对输入输出方式进行组合，如表13.6中最后3行所示那样。还可以举出下面一些例子：
ios::in | ios:: noreplace //打开一个输入文件，若文件不存在则返回打开失败的信息
ios::app | ios::nocreate //打开一个输出文件，在文件尾接着写数据，若文件不存在，则返回打开失败的信息
ios::out l ios::noreplace //打开一个新文件作为输出文件，如果文件已存在则返回打开失败的信息
ios::in l ios::out I ios::binary //打开一个二进制文件，可读可写
但不能组合互相排斥的方式，如 ios::nocreate l ios::noreplace。
4) 如果打开操作失败，open函数的返回值为0(假)，如果是用调用构造函数的方式打开文件的，则流对象的值为0。可以据此测试打开是否成功。如
if(outfile.open("f1.bat", ios::app) ==0)
cout <<"open error";
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或
if( !outfile.open("f1.bat", ios::app) )
cout <<"open error";
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关闭文件
在对已打开的磁盘文件的读写操作完成后，应关闭该文件。关闭文件用成员函数close。如
outfile.close( ); //将输出文件流所关联的磁盘文件关闭
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所谓关闭，实际上是解除该磁盘文件与文件流的关联，原来设置的工作方式也失效，这样，就不能再通过文件流对该文件进行输入或输出。此时可以将文件流与其他磁盘文件建立关联，通过文件流对新的文件进行输入或输出。如
outfile.open(“f2.dat”,ios::app|ios::nocreate);
此时文件流outfile与f2.dat建立关联，并指定了f2.dat的工作方式。
3.3对ASCII文件的操作
如果文件的每一个字节中均以ASCII代码形式存放数据,即一个字节存放一个字符,这个文件就是ASCII文件(或称字符文件)。程序可以从ASCII文件中读入若干个字符,也可以向它输出一些字符。
1) 用流插入运算符“<<”和流提取运算符“>>”输入输出标准类型的数据。“<<”和“ >>”都在iostream中被重载为能用于ostream和istream类对象的标准类型的输入输出。由于ifstream和 ofstream分别是ostream和istream类的派生类；因此它们从ostream和istream类继承了公用的重载函数，所以在对磁盘文件的操作中，可以通过文件流对象和流插入运算符“<<”及 流提取运算符“>>”实现对磁盘 文件的读写，如同用cin、cout和<<、>>对标准设备进行读写一样。
2) 用文件流的put、get、geiline等成员函数进行字符的输入输出，：用C++流成员函数put输出单个字符、C++ get()函数读入一个字符和C++ getline()函数读入一行字符。
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由于fstream类可以对文件同时进行读写操作，所以对它的对象进行初始话的时候一定要显式的指定mode和openprot参数。
3.4对二进制文件的操作
二进制文件不是以ASCII代码存放数据的，它将内存中数据存储形式不加转换地传送到磁盘文件，因此它又称为内存数据的映像文件。因为文件中的信息不是字符数据，而是字节中的二进制形式的信息，因此它又称为字节文件。
对二进制文件的操作也需要先打开文件，用完后要关闭文件。在打开时要用ios::binary指定为以二进制形式传送和存储。二进制文件除了可以作为输入文件或输出文件外,还可以是既能输入又能输出的文件。这是和ASCII文件不同的地方。
对二进制文件的读写主要用istream和ostream类的成员函数read和write来实现。这两个成员函数的原型为
istream& read(char *buffer,int len);
ostream& write(const char * buffer,int len);
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字符指针buffer指向内存中一段存储空间。len是读写的字节数。调用的方式为：
a.write(p1,50);
b.read(p2,30);
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上面第一行中的a是输出文件流对象，write函数将字符指针p1所给出的地址开始的50个字节的内容不加转换地写到磁盘文件中。在第二行中，b是输入文 件流对象，read 函数从b所关联的磁盘文件中，读入30个字节(或遇EOF结束），存放在字符指针p2所指的一段空间内。
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
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编程实现以下数据输入/输出：
(1)以左对齐方式输出整数,域宽为12。
(2)以八进制、十进制、十六进制输入/输出整数。
(3)实现浮点数的指数格式和定点格式的输入/输出,并指定精度。
(4)把字符串读入字符型数组变量中,从键盘输入,要求输入串的空格也全部读入,以回车符结束。
(5)将以上要求用流成员函数和操作符各做一遍。
成员函数方式
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include "pause");
return 1;
}
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格式控制符方式
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include /*cout.flags(ios::oct);
cout << "八进制："<
cout << "八进制：" <double f = 123.45678901234;
/*cout.flags(ios::scientific);
cout.precision(4);
cout << "指数形式：" << f << endl;*/
cout << "指数形式：" << setiosflags(ios::scientific) << setprecision(4) << f << endl;
/*cout.flags(ios::fixed);
cout.precision(4);
cout << "定点形式：" << f << endl;*/
//resetiosflags(ios::scientific);必须写在cout的链式编程流中，单独写成语句并没有实际效果。
cout << "定点形式：" << resetiosflags(ios::scientific)<< setiosflags(ios::fixed) << setprecision(4) << dec << f << endl;
char str[128];
cin.get(str, 99);
cout << "输入的数据是："<"pause" );
return 1;
}
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2编写一程序，将两个文件合并成一个文件。
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include
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3编写一程序，统计一篇英文文章中单词的个数与行数。
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include
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4编写一程序，将C++源程序每行前加上行号与一个空格。
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include
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5编写一程序，输出 ASCII码值从20到127的ASCII码字符表，格式为每行10个。
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include