（十七）C++进阶之输入输出流

1.0、说明

本来计划不打算更新这一章，主要是概念内容太多，比较繁琐，我还是比较遵循哪里不懂查哪里原则，但是为了知识的完整性，方便以后自己的查阅，所以最后决定还是更新这一章，但是这一章完全拷贝 《轻松搞定C++语言.pdf》 该文档，所以再次声明，因为声明为转载需要添加链接，所以这里我打上原创，但是实则是来自上面那一份文档。

关于这份文档，感兴趣的同学可以去搜该文档来学习，个人觉得很不错，我在基础章节最后一章已经将该文档分享出来了，想要的同学可以去下载。

1.2、I/O流的概念和流类库的结构

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I/O对C的发展–类型安全和可扩展性：

在C语言中，用prinV和scanf进行输入输出，往往不能保证所输入输出的数据是可靠的安全的。 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prinV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。

C++编译系统提供了用于输入输出的iostream类库。 iostream这个单词是由3个部 分组成的，即i-­‐o-­‐stream，意为输入输出流。在iostream类库中包含许多用于输入输出的 类。常用的见表：

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类通过多重继承而派生的类。其继承层次见上图表示。

C++对文件的输入输出需要用ifstrcam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。见图

I/O类库中还有其他一些类，但是对于一般用户来说，以上这些已能满足需要了。与iostream类库有关的头文件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  
• 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。
在iostream头文件中定义的流对象。
在  iostream  头文件中定义的类有  ios， istream， ostream， iostream，istream  _withassign，  ostream_withassign， iostream_withassign  等。

在iostream头文件中重载运算符“<<”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。
#include  
1)
"’>> a"表示将数据放入a对象中。
2)
" <

1.3、标准I/O流

标准I/O对象:cin，cout，cerr，clog
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。如果有cout<<"I  "<<"study  C++  "<<"very  hard.  <<  “wang  bao  ming  ";  按顺序将字符串"I  ",  "study  C++  ",  "very  hard.“插人到cout流中，cout就将它们送到显示器，在显示器上输出字符串"I  study  C++  very  hard.”。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“ccmt<<”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<

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。

5. 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。

6. 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。

1.3.1、标准的输入流

重点是掌握下面几个函数：
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()  读取一行数据
cin.ignore()
cin.putback()

我们先看一下cin.get()函数的使用方法：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS

#include 

using namespace std;

int main(void)
{
	char a = ' ';
	char b = ' ';

	cout << "随便输入一个字符:" << endl;
	a = cin.get();
	cout << "请在随便输入另外一个字符:" << endl;
	cin.get(b);

	cout << "a = "<<a <<" b = "<< b << endl;
	return 0;
}

对于上面这段代码，其实是存在一个逻辑问题的，我们先运行一下看看：

我还没输入第二个字符，它自动执行了，按理来说会卡在cin.get(b);这个语句等待我的输入。

问题就是出在这里，当我们向输入的缓冲区获取一个字符的时候，我们第一次其实输入了两个字符，分别是 h 和回车，但是在第一个语句中只读取h，回车还在输入缓冲区里面，所以这时候你在去获取一个字符，他就把回车返回来给你了。

那么如我我一定要这怎样写，怎么样才能达到我们的目标呢？

使用函数cin.ignore() ，他里面填的参数是忽略缓冲区的多少个字符，这里我们只有一个回车，那么我们就忽略一个。

添加这个语句

我们看一下运行结果：

当然你能够忽略，也可以返回去，但是只能反一个字符，使用的是函数cin.putback()，里面填充返回缓冲区的字符。

例如下面：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS

#include 

using namespace std;

int main(void)
{
	char a = ' ';
	char b = ' ';

	cout << "随便输入一个字符:" << endl;
	a = cin.get();

	cin.putback(a);
	//cin.ignore(1);
	cout << "请在随便输入另外一个字符:" << endl;
	cin.get(b);

	cout << "a = "<<a <<" b = "<< b << endl;
	return 0;
}

运行结果：

关于cin.getline() ，他如其名意思，获取一定的字符

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS

#include 

using namespace std;

int main(void)
{

	char test[20];

	char test2[20];

	cin.getline(test, 19);
	cout << "test = " << test << endl;

	cin.getline(test2, 19,'d');
	cout << "test2 = " << test2 << endl;
	return 0;
}

运行结果：

我们来分析一下：

cin.getline(test, 19);

对于该语句，读取缓冲区结束的两个条件分别是，只读取19个，或者遇到回车键，则读取缓冲区结束。

cin.getline(test2, 19,'d');

在上面的基础上，增加一个结束符 ‘d’，也就是在缓冲区中拷贝字符的时候，遇到 'd’就会结束，所以上面的例子只是输出as。

1.3.2、标准的输出流

标准输出流对象cout
 cout.put() 
 cout.write() 
 cout.width() 
 cout.fill() 
cout.setf(标记)
操作符、控制符
flush 
endl 
oct 
dec 
hex 
setbase 
setw 
setfill 
setprecision

1.3.3、输出格式化

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。

具体的情参考 《轻松搞定C++语言.pdf》，该章概念想多繁琐，很多细节我就不涉及多进去了，感兴趣的同学自己去研究一下。

1.4、⽂文件IO

1.4.1、文件流类和文件流对象

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。

1.4.2、文件的打开与关闭

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：
1）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。
2）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
   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ouVile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，见图：
   

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”;
   或
   if(  !outfile.open(“f1.bat”,  ios::app)  )
   cout  <<“open  error”;

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ouVile.close(); //将输出文件流所关联的磁盘文件关闭

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

ouVile.open(“f2.dat”,ios::app|ios::nocreate);

此时文件流ouVile与f2.dat建立关联，并指定了f2.dat的工作方式。

1.4.3、C++对ASCII文件的读写操作

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“ >>”都巳在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。