【C++】C++的IO流
目录
一、C语言的输入与输出
二、流的概念
三、C++IO流
1、C++标准IO流
2、C++文件IO流
四、stringstream的简单介绍
一、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”。
二、流的概念
“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。
三、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。
1、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。（按下ctrl + Z，使流对象提取到结束标志）
// 单个元素循环输入
while(cin>>a)
{
// ...
}
// 多个元素循环输入
while(c>>a>>b>>c)
{
// ...
}
// 整行接收
while(cin>>str)
{
// ...
}istream类型对象转换为逻辑条件判断值：
istream& operator>> (int& val);
explicit operator bool() const;支持自定义类型转内置类型。 explicit 在这里的作用是，在进行类型转换时，必须显示说明要转成的类型，不加 explicit 就可以不必说明：
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。
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;
}2、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
#include
struct ServerInfo
{
char _address[32];
int _port;
Date _date;
};
struct ConfigManager
{
public:
ConfigManager(const char* filename)
:_filename(filename)
{}
void WriteBin(const ServerInfo& info)
{
ofstream ofs(_filename, ios_base::out | ios_base::binary);
ofs.write((const char*)&info, sizeof(info));
}
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)
void WriteText(const ServerInfo& info)
{
ofstream ofs(_filename);
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
};
int main()
{
ServerInfo winfo = { "192.0.0.1", 80, { 2022, 4, 10 } };
// 二进制读写
ConfigManager cf_bin("test.bin");
cf_bin.WriteBin(winfo);
ServerInfo rbinfo;
cf_bin.ReadBin(rbinfo);
cout << rbinfo._address << " " << rbinfo._port << " "
<< rbinfo._date << endl;
// 文本读写
// 文本读写的本质是，内存中任何类型都是转成字符串再写
ConfigManager cf_text("test.text");
cf_text.WriteText(winfo);
ServerInfo rtinfo;
cf_text.ReadText(rtinfo);
cout << rtinfo._address << " " << rtinfo._port << " " <<
rtinfo._date << endl;
return 0;
} 注意：
二进制读写，读写对象中不能有string，因为二进制写对象写到文件的是，string对象及里面指向空间的指针。程序结束，指针指向的空间销毁，再去文件中读取的时候，读取string，读取到了一个野指针。
四、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，可以采取以下做法：
- 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。
int main()
{
int n = 123456789;
char s1[32];
_itoa(n, s1, 10);
char s2[32];
sprintf(s2, "%d", n);
char s3[32];
sprintf(s3, "%f", n);
return 0;
}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，本文主要介绍stringstream。
stringstream主要可以用来：
- 将数值类型数据格式化为字符串
#includeint 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
#includestruct ChatInfo { string _name; // 名字 int _id; // id Date _date; // 时间 string _msg; // 聊天信息 }; int main() { // 结构信息序列化为字符串 ChatInfo winfo = { "张三", 135246, { 2022, 4, 10 }, "晚上一起看电影吧" }; ostringstream oss; oss << winfo._name << " " << winfo._id << " " << winfo._date << " " << winfo._msg; string str = oss.str(); cout << str << endl << endl; // 我们通过网络这个字符串发送给对象，实际开发中，信息相对更复杂， // 一般会选用Json、xml等方式进行更好的支持 // 字符串解析成结构信息 ChatInfo rInfo; istringstream iss(str); iss >> rInfo._name >> rInfo._id >> rInfo._date >> rInfo._msg; cout << "-------------------------------------------------------" << endl; cout << "姓名：" << rInfo._name << "(" << rInfo._id << ") "; cout << rInfo._date << endl; cout << rInfo._name << ":>" << rInfo._msg << endl; cout << "-------------------------------------------------------" << endl; return 0; }
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。