C++的cin/cout高阶格式化操作

这篇文章主要讲解如何在C++中使用cin/cout进行高级的格式化输出操作,包括数字的各种计数法(精度)输出,左或右对齐,大小写等等。通过本文,您可以完全脱离scanf/printf,仅使用cin/cout来完成一切需要的格式化输入输出功能(从非性能的角度而言)。更进一步而言,您还可以在上使用这些格式化操作,从而代替sscanf/sprintf和fscanf/fprintf函数。为方便描述,下文仅以cin/cout为例进行介绍。

  一、综述

  cin/cout是STL库提供的一个iostream实例,拥有ios_base基类的全部函数和成员数据。进行格式化操作可以直接利用setf/unsetf函数和flags函数。cin/cout维护一个当前的格式状态,setf/unsetf函数是在当前的格式状态上追加或删除指定的格式,而flags则是将当前格式状态全部替换为指定的格式。cin/cout为这两个函数提供了如下参数(可选格式):

  ios::dec 以10进制表示整数

  ios::hex 以16进制表示整数

  ios::oct 以8进制表示整数

  ios::showbase 为整数添加一个表示其进制的前缀

  ios::internal 在符号位和数值的中间插入需要数量的填充字符以使串两端对齐

  ios::left 在串的末尾插入填充字符以使串居左对齐

  ios::right 在串的前面插入填充字符以使串居右对齐

  ios::boolalpha 将bool类型的值以true或flase表示,而不是1或0

  ios::fixed 将符点数按照普通定点格式处理(非科学计数法)

  ios::scientific 将符点数按照科学计数法处理(带指数域)

  ios::showpoint 在浮点数表示的小数中强制插入小数点(默认情况是浮点数表示的整数不显示小数点)

  ios::showpos 强制在正数前添加+号

  ios::skipws 忽略前导的空格(主要用于输入流,如cin)

  ios::unitbuf 在插入(每次输出)操作后清空缓存

  ios::uppercase 强制大写字母

  以上每一种格式都占用独立的一位,因此可以用“|”(位或)运算符组合使用。调用setf/unsetf或flags设置格式一般按如下方式进行:

  1 cout.setf(ios::right | ios::hex); //设置16进制右对齐

  2 cout.setf(ios::right, ios::adjustfield); //取消其它对齐,设置为右对齐

  setf可接受一个或两个参数,一个参数的版本为设置指定的格式,两个参数的版本中,后一个参数指定了删除的格式。三个已定义的组合格式为:

  ios::adjustfield 对齐格式的组合位

  ios::basefield 进制的组合位

  ios::floatfield 浮点表示方式的组合位

  设置格式之后,下面所有使用cout进行的输出都会按照指定的格式状态执行。但是如果在一次输出过程中需要混杂多种格式,使用cout的成员函数来处理就显得很不方便了。STL另提供了一套库可以满足这种使用方式。库中将每一种格式的设置和删除都进行了函数级的同名封装,比如fixed函数,就可以将一个ostream的对象作为参数,在内部调用setf函数对其设置ios::fixed格式后再返回原对象。此外还提供了setiosflags、setbase、setfill、setw、setprecision等方便的格式控制函数,下文会逐一进行介绍。大多数示例代码都会使用到,因此默认包含的头文件均为:

  1 #include

  2 #include

  二、缩进

  将输出内容按指定的宽度对齐,需要用到ios::right、ios::left、ios::internal和iomanip里的setw。其中setw用于指定要输出内容的对齐宽度。以下两段代码的结果完全相同,前面是一个浮点数-456.98,后面紧跟着一个字符串“The End”以及换行符“endl”。

  代码一:

  01 #include

  02 #include

  03 using namespace std;

  04 int main(void) {

  05 cout.flags(ios::left); //左对齐

  06 cout << setw(10) << -456.98 << "The End" << endl;

  07 cout.flags(ios::internal); //两端对齐

  08 cout << setw(10) << -456.98 << "The End" << endl;

  09 cout.flags(ios::right); //右对齐

  10 cout << setw(10) << -456.98 << "The End" << endl;

  11 return 0;

  12 }

  代码二:

  1 #include

  2 #include

  3 using namespace std;

  4 int main(void) {

  5 cout << left << setw(10) << -456.98 << "The End" << endl; //左对齐

  6 cout << internal << setw(10) << -456.98 << "The End" << endl; //两端对齐

  7 cout << right << setw(10) << -456.98 << "The End" << endl; //右对齐

  8 return 0;

  9 }

  结果:

  -456.98 The End

  - 456.98The End

  -456.98The End

  这里要额外说明的一点是,setw函数会用当前的填充字符控制对齐位置,默认的填充字符是空格。可以通过的setfill来设置填充字符,比如下面的代码用字符“0”作为填充字符:

  1 #include

  2 #include

  3 using namespace std;

  4 int main(void) {

  5 cout << setfill('0') << setw(10) << 45698 << endl;

  6 return 0;

  7 }

  结果:

  0000045698

三、整数

  输出整数的格式有按不同进制数出:ios::hex(16进制)、ios::dec(10进制)、ios::oct(8进制),也可强制其输出符号(正数也加上“+”号前缀),对于16进制的输出还可配合ios::uppercase使所有字母以大写表示。代码示例如下:

  01 #include

  02 #include

  03 using namespace std;

  04 int main(void) {

  05 cout.setf(ios::showpos | ios::uppercase);

  06 cout << hex << setw(4) << 12 << setw(12) << -12 << endl;

  07 cout << dec << setw(4) << 12 << setw(12) << -12 << endl;

  08 cout << oct << setw(4) << 12 << setw(12) << -12 << endl;

  09 cout.unsetf(ios::showpos | ios::uppercase);

  10 cout << hex << setw(4) << 12 << setw(12) << -12 << endl;

  11 cout << dec << setw(4) << 12 << setw(12) << -12 << endl;

  12 cout << oct << setw(4) << 12 << setw(12) << -12 << endl;

  13 return 0;

  14 }

  结果:

  C FFFFFFF4

  +12 -12

  14 37777777764

  c fffffff4

  12 -12

  14 37777777764

  利用的setbase函数同样可以设置整数的三种进制,参数分别为8、10和16,但使用起来比上面的方法还更复杂一些,除非是特殊的代码规范要求(有些规范要求避免将常量直接作为表达式),一般不建议使用setbase。此外,还可以利用ios::showbase来为整数的前面加一个表示进制的前缀,代码如下:

  1 #include

  2 #include

  3 using namespace std;

  4 int main(void) {

  5 cout << showbase << setw(4) << hex << 32 << setw(4) << oct << 32 << endl;

  6 cout << noshowbase << setw(4) << hex << 32 << setw(4) << oct << 32 << endl;

  7 return 0;

  8 }

  结果:

  0x20 040

  20 40

  上面代码中的showbase/noshobase也可以用cout的setf来代替,其结果是完全相同的:

  01 #include

  02 #include

  03 using namespace std;

  04 int main(void) {

  05 cout.setf(ios::showbase);

  06 cout << setw(4) << hex << 32 << setw(4) << oct << 32 << endl;

  07 cout.unsetf(ios::showbase);

  08 cout << setw(4) << hex << 32 << setw(4) << oct << 32 << endl;

  09 return 0;

  10 }

  四、小数

  小数可分为两种格式类型,一种是定点表示“ios::fixed”(不带指数域),另一种是科学计数法表示“ios::scientific”(带指数域)。与的setprecision配合使用,可以表示指定小数点后面的保留位数(四舍五入)。示例代码如下:

  01 #include

  02 #include

  03 using namespace std;

  04 int main(void) {

  05 cout.setf(ios::fixed);

  06 cout << setprecision(0) << 12.05 << endl;

  07 cout << setprecision(1) << 12.05 << endl;

  08 cout << setprecision(2) << 12.05 << endl;

  09 cout << setprecision(3) << 12.05 << endl;

  10 cout.setf(ios::scientific, ios::floatfield);

  11 cout << setprecision(0) << 12.05 << endl;

  12 cout << setprecision(1) << 12.05 << endl;

  13 cout << setprecision(2) << 12.05 << endl;

  14 cout << setprecision(3) << 12.05 << endl;

  15 return 0;

  16 }

  结果:

  12

  12.1

  12.05

  12.050

  1.205000e+001

  1.2e+001

  1.21e+001

  1.205e+001

  需要注意的是,有时会因为机器的精度问题导致四舍五入的结果不正确。这种问题一般需要手动修正,见如下代码示例:

  1 #include

  2 #include

  3 using namespace std;

  4 int main(void) {

  5 cout << fixed << setprecision(1) << 2.05 << endl;

  6 cout << fixed << setprecision(1) << 2.05 + 1e-8 << endl;

  7 return 0;

  8 }

  结果:

  2.0

  2.1


四、字符串

  字符串的输出处理主要是对齐,这一点在第二部分已经介绍过了,下面主要介绍字符串的输入方法。为了方便起见,我们使用库。在输入字符串时,可以利用库提供的getline函数读取整行数据。getline函数有两个版本,第一个版本有两个参数,第一个参数指定输入流(比如cin),第二个参数指定一个string对象。getline会读取屏幕上输入的字符,直到遇到换行符“\n”为止;第二个版本有三个参数,前两个与第一个版本相同,第三个参数为指定的结束字符。注意,getline不会读入默认或指定的结束字符,但在调用之后读取的位置已经跳过结束字符。调用示例代码如下:

  01 #include

  02 #include

  03 #include

  04 using namespace std;

  05 int main(void) {

  06 string str1, str2;

  07 getline(cin, str1);

  08 cin >> str2;

  09 cout << str1 << endl << str2 << endl;

  10 return 0;

  11 }

  输入:

  abc

  abc

  结果:

  abc

  abc

  五、缓冲区

  由于调用系统函数在屏幕上逐个显示字符是很慢的,因此cin/cout为了加快速度使用缓冲区技术,粗略的讲就是暂时不输出指定的字符,而是存放在缓冲区中,在合适的时机一次性输出到屏幕上。如果单纯使用C++的输入/输出流来操作字符是不存在同步的问题的,但是如果要和C标准库的stdio库函数混合使用就必须要小心的处理缓冲区了。如果要与scanf和printf联合使用,务必在调用cout前加上cout.sync_with_stdio(),设置与stdio同步,否则输出的数据顺序会发生混乱。

  flush和endl都会将当前缓冲区中的内容立即写入到屏幕上,而unitbuf/nounitbuf可以禁止或启用缓冲区。示例代码如下:

  1 #include

  2 #include

  3 using namespace std;

  4 int main(void) {

  5 cout << 123 << flush << 456 << endl;

  6 cout << unitbuf << 123 << nounitbuf << 456 << endl;

  7 return 0;

  8 }

  结果:

  123456

  123456

  六、综合使用

  示例代码:

  01 #include

  02 #include

  03 #include

  04 using namespace std;

  05 struct COMMODITY { string Name; int Id; int Cnt; double Price; };

  06 int main(void) {

  07 COMMODITY cmd[] = {

  08 {"Fruit", 0x101, 50, 5.268},

  09 {"Juice", 0x102, 20, 8.729},

  10 {"Meat", 0x104, 30, 10.133},

  11 };

  12 cout << left << setw(8) << "NAME" << right << setw(8) << "ID";

  13 cout << right << setw(8) << "COUNT" << right << setw(8) << "PRICE" << endl;

  14 for (int i = 0; i < sizeof(cmd) / sizeof(cmd[0]); ++i) {

  15 cout << left << setw(8) << cmd[i].Name;

  16 cout << right << hex << showbase << setw(8) << cmd[i].Id;

  17 cout << dec << noshowbase << setw(8) << cmd[i].Cnt;

  18 cout << fixed << setw(8) << setprecision(2) << cmd[i].Price << endl;

  19 }

  20 return 0;

  21 }

  结果:

  NAME ID COUNT PRICE

  Fruit 0x101 50 5.27

  Juice 0x102 20 8.73

  Meat 0x104 30 10.13



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