【C++】IO流
作者：@阿亮joy.
专栏：《吃透西嘎嘎》
座右铭：每个优秀的人都有一段沉默的时光，那段时光是付出了很多努力却得不到结果的日子，我们把它叫做扎根
目录
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- C语言的输入与输出
- 流是什么
- C++IO流
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- C++标准IO流
- C++文件IO流
- stringstream的简单介绍
- 总结
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)。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：
对输入输出缓冲区的理解：
- 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。
- 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”。
流是什么
“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。
注：以上的流都是带有缓冲区的。
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，使用 cout 进行标准输出，即数据从内存流向控制台(显示器)。使用 cin 进行标准输入即数据通过键盘输入到程序中，同时 C++ 标准库还提供了 cerr 用来进行标准错误的输出，以及 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。在使用时候必须要包含文件并引入 std 标准命名空间。
注意：
- 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。
- 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。
- 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。
- 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:
- 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。
- 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。
- 输出：严格按照题目的要求进行，多一个少一个空格都不行。
- 连续输入时，vs 系列编译器下在输入 ctrl+z 时结束。
- istream 类型对象转换为逻辑条件判断值。
实际上我们看到使用 while(cin>>i) 去流中提取对象数据时，调用的是 operator>>，返回值是 istream 类型的对象，那么这里可以做逻辑条件值，源自于 istream 的对象又调用了 operator bool，operator bool 调用时如果接收流失败，或者有结束标志，则返回 false。
C++ 和 C 语言的输入格式问题
int main()
{
// 输入多个值时，默认是用空格或换行分割的
int year, month, day;
// 2023 1 29
cin >> year >> month >> day;
scanf("%d%d%d", &year, &month, &day);
scanf("%d %d %d", &year, &month, &day); // 不需要加空格
// 20230129
scanf("%4d%2d%2d", &year, &month, &day);
string str;
cin >> str;
year = stoi(str.substr(0, 4));
month = stoi(str.substr(4, 2));
day = stoi(str.substr(6, 2));
return 0;
}
C++ 的多次输入
int main()
{
int year, month, day;
string str;
while (cin >> str)
{
year = stoi(str.substr(0, 4));
month = stoi(str.substr(4, 2));
day = stoi(str.substr(6, 2));
cout << year << "年" << month << "月" << day << "日" << endl;
}
return 0;
}
注：C++ 的多行输入可以通过输入 Ctrl + z 加换行或 Ctrl + c 来结束输入。Ctrl + z 是给了一个流结束信号，相当于读到了文件的结尾，而 Ctrl + c 是给进程发了一个进程结束的信号。cin >> str 的返回值是 istream 对象，然后该对象调用 operator bool 函数并用其返回值作为 bool 值进行判断。
内置类型和自定义类型的转换
class A
{
public:
//explicit A(int a) // explicit不允许隐式类型转换
A(int a)
:_a(a)
{}
explicit operator int()
{
return _a;
}
private:
int _a;
};
int main()
{
// 内置类型转换成自定义类型
A aa1 = 1; // 隐式类型转换 用1构造A临时对象，再拷贝构造aa1，优化后直接1构造aa1
const A& aa2 = 1;
A&& aa3 = 1;
// 自定义类型转换成内置类型
int i = aa1; // 隐式类型转换,如果加上explicit,就会报错:不存在从A到int的适当转换函数
int i1 = (int)aa1; // 强制类型转换
int i2 = static_cast<int>(aa1);
return 0;
}
日期的多次输入
class Date
{
friend ostream& operator << (ostream& out, const Date& d);
friend istream& operator >> (istream& in, Date& d);
public:
Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
:_year(year)
, _month(month)
, _day(day)
{}
operator bool()
{
// 这里是随意写的，假设输入_year为0，则结束
if (_year == 0)
return false;
else
return true;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
istream& operator >> (istream& in, Date& d)
{
in >> d._year >> d._month >> d._day;
return in;
}
ostream& operator << (ostream& out, const Date& d)
{
out << d._year << " " << d._month << " " << d._day;
return out;
}
// C++ IO流，使用面向对象+运算符重载的方式
// 能更好的兼容自定义类型，流插入和流提取
int main()
{
// 自动识别类型的本质--函数重载
// 内置类型可以直接使用--因为库里面ostream类型已经实现了
int i = 1;
double j = 2.2;
cout << i << endl;
cout << j << endl;
// 自定义类型则需要我们自己重载<< 和 >>
Date d(2022, 4, 10);
cout << d;
while (d)
{
cin >> d;
cout << d;
}
return 0;
}
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：
- 定义一个文件流对象
- ifstream ifile(只输入用)
- ofstream ofile(只输出用)
- fstream iofile(既输入又输出用)
- 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
- 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
- 关闭文件
注：打开的文件对象在不需要时需要手动关闭，否则会占用资源，其次不关闭，数据不会主动从缓冲区写入文件。
C++ 打开文件的方式有两种：调用 open 函数 和 定义 ifstream 对象。打开文件的方式默认都是以读的方式打开。
#include 
int main()
{
ifstream ifs("test.txt");
int i = 0;
string str;
double d = 0;
ifs >> i >> str >> d;
cout << i << " " << str << " " << d << endl;
return 0;
}
相比于 C 语言的读文件，C++ 具有重载了流插入，可以非常容易地读取文件里的内容。
文本文件和二进制文件的读写
二进制读写就是在内存中如何存储，就如何写到磁盘文件中；而文本读写就是对象数据序列化成字符串写到磁盘文件中，读取磁盘文件的内容读到的也是字符串，经过反序列化等到对象数据。二进制读写的优点是相对文本读写比较快，因为不存在转换；缺点是写出去的内容看见。文本读写的优点是可以看见写出去的内容是什么，缺点是存在一个转换的过程，要慢一些。
struct ServerInfo
{
char _address[32];
int _port;
Date _date;
};
struct ConfigManager
{
public:
ConfigManager(const char* filename = "server.config")
:_filename(filename)
{}
// 二进制写
void WriteBin(const ServerInfo& info)
{
ofstream ofs(_filename, ios_base::out | ios_base::binary);
ofs.write((const char*)&info, sizeof(info));
}
// 二进制读
void ReadBin(ServerInfo& info)
{
ifstream ifs(_filename, ios_base::in | ios_base::binary);
ifs.read((char*)&info, sizeof(info));
}
// C++文件流的优势就是可以对内置类型和自定义类型，都使用
// 一样的方式，去流插入和流提取数据
// 当然这里自定义类型Date需要重载>> 和 <<
// istream& operator >> (istream& in, Date& d)
// ostream& operator << (ostream& out, const Date& d)
private:
string _filename; // 配置文件
};
int main()
{
ServerInfo winfo = { "192.0.0.1", 80, { 2022, 4, 10 } };
ConfigManager cm;
cm.WriteBin(winfo);
return 0;
}
注：编码不一样就会出现乱码。
int main()
{
ServerInfo rinfo;
ConfigManager cm;
cm.ReadBin(rinfo);
cout << rinfo._address << " " << rinfo._port << " " << rinfo._date << endl;
return 0;
}
注：如果 ServerInfo 中的 _address 是 string 类型，写出去和读回来会出现各种意外的情况，这是由于 VS 下的 string 模型导致的。
此时的是将地址 _ptr 写入了文件，再对文件内容读取的时，读取到的地址是上一个进程的地址，拿着该地址去内存中取数据就会存在越界访问的问题了。所以，二进制读写不适合需要深拷贝的类型。
struct ServerInfo
{
string _address;
int _port;
};
struct ConfigManager
{
public:
// 文本写
void WriteText(const ServerInfo& info)
{
ofstream ofs(_filename, ios_base::out);
ofs.write(info._address.c_str(), info._address.size());
ofs.put('\n');
const string str = to_string(info._port);
ofs.write(str.c_str(), str.size());
}
// 文本读
void ReadText(ServerInfo& info)
{
ifstream ifs(_filename, ios_base::in);
char buff[128];
ifs.getline(buff, 128); // 读取一行的内容
info._address = buff;
ifs.getline(buff, 128);
info._port = stoi(buff);
}
private:
string _filename; // 配置文件
};
int main()
{
ServerInfo winfo = { "https://legacy.cplusplus.com/reference/istream/istream/read/", 888 };
ConfigManager cm;
cm.WriteText(winfo);
ServerInfo rinfo;
cm.ReadText(rinfo);
cout << rinfo._address << " " << rinfo._port << " " << endl;
}
以上的文本读写和 C 语言的文本读写一样，没有什么区别。C++ 更加喜欢流插入和流提取的玩法，如下方代码所示：
struct ServerInfo
{
string _address;
int _port;
Date _date;
};
struct ConfigManager
{
public:
ConfigManager(const char* filename = "server.config")
:_filename(filename)
{}
// 二进制写
void WriteBin(const ServerInfo& info)
{
ofstream ofs(_filename, ios_base::out | ios_base::binary);
ofs.write((const char*)&info, sizeof(info));
}
// 二进制读
void ReadBin(ServerInfo& info)
{
ifstream ifs(_filename, ios_base::in | ios_base::binary);
ifs.read((char*)&info, sizeof(info));
}
文本写
//void WriteText(const ServerInfo& info)
//{
// ofstream ofs(_filename, ios_base::out);
// ofs.write(info._address.c_str(), info._address.size());
// ofs.put('\n');
// const string str = to_string(info._port);
// ofs.write(str.c_str(), str.size());
//}
文本读
//void ReadText(ServerInfo& info)
//{
// ifstream ifs(_filename, ios_base::in);
// char buff[128];
// ifs.getline(buff, 128);
// info._address = buff;
// ifs.getline(buff, 128);
// info._port = stoi(buff);
//}
void WriteText(const ServerInfo& info)
{
ofstream ofs(_filename);
// 流插入自动转成字符串写入文件中
ofs << info._address << " " << info._port << " " << info._date;
}
void ReadText(ServerInfo& info)
{
ifstream ifs(_filename);
ifs >> info._address >> info._port >> info._date;
}
private:
string _filename; // 配置文件
};
stringstream的简单介绍
在 C 语言中，如果想要将一个整形变量的数据转化为字符串格式，如何去做？
- 使用itoa()函数
- 使用sprintf()函数
但是两个函数在转化时，都得需要先给出保存结果的空间，那空间要给多大呢，就不太好界定，而且转化格式不匹配时，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。在该头文件下，标准库三个类：istringstream、ostringstream 和 stringstream，分别用来进行流的输入、输出和输入输出操作。
将数值类型数据格式化为字符串
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;
// clear()
// 注意多次转换时，必须使用clear将上次转换状态清空掉
// stringstreams在转换结尾时(即最后一个转换后),会将其内部状态设置为badbit
// 因此下一次转换是必须调用clear()将状态重置为goodbit才可以转换
// 但是clear()不会将stringstreams底层字符串清空掉
// s.str("");
// 将stringstream底层管理string对象设置成"",
// 否则多次转换时，会将结果全部累积在底层string对象中
s.str("");
s.clear(); // 清空s, 不清空会转化失败
double d = 12.34;
s << d;
s >> sa;
string sValue;
sValue = s.str(); // str()方法：返回stringsteam中管理的string类型
cout << sValue << endl;
return 0;
}
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;
}
序列化和反序列化结构数据
#include 
注意：
- 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。
- 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。
- 可以使用 s. str(“”) 方法将底层 string 对象设置为空字符串。
- 可以使用 s.str() 将让 stringstream 返回其底层的 string 对象。
- 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，也不会出现格式化失败的风险。因此使用更方便，更安全。
总结
本篇博客主要讲解了 C++ 的 IO 流。那么以上就是本篇博客的全部内容了，如果大家觉得有收获的话，可以点个三连支持一下！谢谢大家！❣️