c++标准输入输出流关系梳理

输入输出是每一种编程语言必不可少的部分，c++也不例外，下面我们就来说明c++的标准输入输出的前世今生。

1.首先说一下iostream和iostream.h的区别

#include      // 这个就是1998年标准化以后的标准头文件,使用时需要使用声明命名空间std
#include        // 这个就是标准化以前的头文件,里面的函数以及类都是全局的

iostream是现在C++中规定的标准，目的在于使C++代码用于移植和混合嵌入时不受扩展名.h的限制，避免因为.h而造成的额外的处理和修改。

iostream包含的基本功能和对应的iostream.h相同，iostream中定义的内容都在命名空间std中，而iostream.h是为了对c语言进行兼容，所以将标准输入输出功能都定义在全局空间中，他们的使用方法也是不一样的，另外推荐直接使用iostream，毕竟iostream.h是很多年前的老物件了，标准c++中已经明确不适用了，以后有可能被淘汰。

注意：在标准化的过程中，库中有些部分的细节被修改了，所以旧头文件和新头文件中的实体不一定完全对应

这里看一下他们使用上的不同：

#include
或者是 
#include
using namespace std;

可见凡是要使用标准c++输入输出，都需要加上using namespace std。

2.输入输出流关系梳理

要弄清楚c++的输入输出流，必须要从源头找起，从安装文件里面找出输入输出流相关的头文件，大概列一下，相关头文件有以下这些：

• istream，可以看到istream头文件是声明了basic_istream模板类
• ostream，ostream头文件是声明了basic_ostream模板类
• iostream，iostream只是声明了一个istream对象和三个ostream对象，这一点后面会说明
• iosfwd，iosfwd头文件里面声明了所有输入输出类的模板类的一个实例
• fstream，fstream里面声明了basic_filebuf模板类、basic_ifstream模板类、basic_ofstream模板类
• iomainip，iomainip里面声明了一些带参数的操纵算子
• sstream，sstream里面声明了basic_stringbuf模板类、basic_istringstream模板类、basic_ostringstream模板类
• streambuf，streambuf里面声明了basic_streambuf模板类

上面说到iosfwd对输入输出的类模板做了实例化，我们截取一段代码，如下:

  /// Base class for @c char streams.
  typedef basic_ios       ios; //基础类

  /// Base class for @c char buffers.
  typedef basic_streambuf     streambuf;

  /// Base class for @c char input streams.
  typedef basic_istream       istream;

  /// Base class for @c char output streams.
  typedef basic_ostream       ostream;

  /// Base class for @c char mixed input and output streams.
  typedef basic_iostream      iostream;

  /// Class for @c char memory buffers.
  typedef basic_stringbuf     stringbuf;

  /// Class for @c char input memory streams.
  typedef basic_istringstream     istringstream;

  /// Class for @c char output memory streams.
  typedef basic_ostringstream     ostringstream;

  /// Class for @c char mixed input and output memory streams.
  typedef basic_stringstream  stringstream;

  /// Class for @c char file buffers.
  typedef basic_filebuf       filebuf;

  /// Class for @c char input file streams.
  typedef basic_ifstream      ifstream;

  /// Class for @c char output file streams.
  typedef basic_ofstream      ofstream;

  /// Class for @c char mixed input and output file streams.
  typedef basic_fstream       fstream;

为了叙述方便，后续我们直接使用以上实例类来代指模板类，下面用一张图说明这些类之间的关系：

stream类关系图.png

箭头代表继承的关系，然后相应的buf后缀的类是同一列的其他类使用的缓冲区类。

以istream,ostream,iostream三者为例，看一下具体的继承关系，如下：

template
    class basic_istream : virtual public basic_ios<_CharT, _Traits>;
template
    class basic_ostream : virtual public basic_ios<_CharT, _Traits>;
template
    class basic_iostream
    : public basic_istream<_CharT, _Traits>,
      public basic_ostream<_CharT, _Traits>;

可以看到basic_istream和basic_ostream都是虚继承于basic_ios，basic_iostream是继承于basic_istream和basic_ostream，注意这里继承于basic_ios的时候之所以要用虚拟继承，是为了防止多重继承时，多个父类共用基类产生二义性。

注：所谓二义性是指basic_iostream类对象会产生两个basic_ios对象，用了虚继承后，就只会产生一个basic_ios对象，从而避免了二义性。

说到这里，我想问一下，有多少人最开始接触iostream的时候首先使用的是cin和cout呢，其实通过iostream头文件，我们可以看到，我们常用的cin对象就是istream的一个实例，而cout则是ostream的实例，标准c++中还声明了ostream的另外两个实例cerr、clog。