【C++】输入输出流（IO流）

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一、C语言的输入输出

C语言中最常用到的输入输出方式就是scanf()与printf()。 scanf()是从标准输入设备(键盘) 读取数据，并将值存放在一个或一些变量中；printf()是将指定的文字/字符串输出到 标准输出设备(屏幕)。

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：

1. 可以屏蔽掉低级IO的实现，低级IO的实现一般都依赖操作系统内核的实现，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。
2. 可以实现“行”读取的行为，对于计算机而言是没有“行”这个概念的，但有了这部分，就可以定义出来“行”的概念，然后解析缓冲区的内容，返回一个“行”。

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二、什么是流

“流”即是流动，是物质从一处向另一处流动的过程。具体到这里，是对一种有序、连续、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或流类，用以完成某方面的功能，下面将介绍这些流。

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三、C++的IO流

1.概览

C++系统实现了一个庞大的类的库，如下图所示。其中ios为基类，其他类都直接或间接派生自ios类。

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2.标准IO流

（1）cin、cout、cerr、clog

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；使用cerr用来进行标准错误的输出；使用clog进行日志的输出。

从前图可以看出，cout、cerr、clog是ostream类的三个不同的对象，因此这三个对象基本没有区别，只是应用场景不同。

如下图所示都是向显示器输出，本意是希望一般的输出用cout，错误输出用cerr，日志输出用clog，但一般很少用到后两个，全部用cout输出。

运行结果如下：

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（2）cin、cout与scanf、printf

C++提供了cin、cout，C语言提供了scanf、printf，他们都可以进行输入输出，但建议能用cin、cout就优先用这两个，如果遇到格式化输入输出时用scanf、printf（cin、cout同样可以格式化输入输出，但是使用起来比较复杂，不如直接用现成的scanf、printf）。

同时，由于C++在某些方面与C语言有较大差异，有时混用四个输入输出也会出现问题。

比如字符串string在C++中用size值来标记字符串的结尾，而C语言下用’\0’来标示字符串的结尾，这一个差异在输入输出时就可能会产生问题，为此string还特意提供了c_str()来用于C语言下的操作。

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（3）输入输出重载

cin和cout可以直接输入和输出内置类型（如int、double等）和部分标准自定义类型（如string等），原因是标准库已经将所有这些类型的输入和输出重载了，直接使用即可。

对于我们自定义的类型，如果想直接使用cin、cout来输入输出，需要自己重载>>和<<，否则不能直接使用。

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（4）getline

同scanf一样，cin也是以空格和换行为间隔分割数据，所以对于一行有空格的数据，它并不能全部读取，这时就要用到getline，getline以换行为间隔分割数据，如下图所示。

运行结果如下：

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（5）循环输入

当输入若干行内容时，可以用如下的解决方式。

运行结果如下：

类似于C语言中：

char buffer[100];
while(scanf("%s", buffer) != EOF)
{
	//...
}

可以用Ctrl+C来结束输入，其本质是向该进程发送了信号，具体可见【万字详解Linux系列】进程信号，在Linux下和Windows下都是一样的道理。

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2.文件流fstream

（1）ifstream、ofstream

ifstream如下创建一个对象，name是文件名，mode是操作的方式。

ifstream ifs(name, mode);

mode有如下几种可供选择：

ifstream对象可调用的成员函数，常用的有get，getline，read，seekg，tellg等。通过函数名即可大致了解其作用。get一次获取文件的一个字符，getline一次获取文件的一行，read从文件中读一段内容，seekg设置文件指针的位置，tellg查找文件指针的位置。

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（2）用法

1. 定义一个文件流对象：ifstream(只输入用)、ofstream(只输出用)、fstream(既输入又输出用)
2. 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
3. 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
4. 关闭文件

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类似于C语言的用法

下面的两段代码分别演示ifstream和ofstream对文件读写，写法类似于C语言中的fread、fwrite这些接口，只不过是变成了面向对象而已。

下面这段代码是用ifstream读文件中的内容。

运行结果如下：

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下面这段代码是用ofstream向文件中写入内容，使用方法基本同ifstream。

运行结果如下：

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C++的用法

下面是C++提供的文件流的新用法，文件流也是流，所以他也可以用<<或>>来进行读写，用法如下。

代码如下：

void WriteFile()
{
	//类似于C语言的用法
	//ofstream ofs("write.txt");
	//ofs.put('h');
	//char msg[] = "ello world";
	//int size = sizeof(msg);
	//ofs.write(msg, size);
	//可调可不调，因为ofs出了作用域后析构函数会自动调用
	//ofs.close();

	//C++的新用法
	ofstream ofs("write.txt");
	char c = 'h';
	string str = "ello world";

	ofs << c << str;
}

int main()
{
	WriteFile();
	return 0;
}

这样ofstream的对象也可以像cout那样通过流来向文件写入内容。

运行结果如下：

ifstream使用方法同理，只不过流的方向要反一下，这里不再赘述。

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3.字符串流sstream

sstream中包括istringstream、ostringstream 和 stringstream三个流，分别用来进行流的输入、输出和输入输出操作，但使用时一般直接用stringstream比较方便。

（1）读

代码如下：

#include 
#include 

using namespace std;

struct ServerInfo//一个简单的结构体
{
	string ip;
	int port;
};

int main()
{
	stringstream ss;//定义一个对象
	ServerInfo info = { "192.0.0.1",8081 };//初始化

	ss << info.ip << " "  << info.port;//将info的两个成员流入ss
	string str = ss.str();//通过成员函数str()拿到ss内存储的字符串
	cout << str << endl;//打印

	return 0;
}

运行结果如下，对字符串的处理非常方便。

运行结果如下：

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（2）写

在前面读的基础上再向新的结构体写入已读入的内容。

代码如下：

#include 
#include 

using namespace std;

struct ServerInfo
{
	string ip;
	int port;
};

int main()
{
	stringstream ss;
	ServerInfo info = { "192.0.0.1",8081 };

	ss << info.ip << " " << info.port;
	
	//将s中的内容又写入newInfo中
	//注意：不同项的内容必须以空格或换行结尾，这是C/C++都要求的
	ServerInfo newInfo;
	ss >> newInfo.ip >> newInfo.port;

	return 0;
}

运行结果如下：

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