(一)C++的输入和输出概论
C语言采用stdio.h头文件来定义标准输入输出方法,这在c++中同样适用,只不过头文件变为了
1.流和缓冲区
c++程序将输入和输出看成是字节流,流是由一个个字节构成的,c++程序只检查字节流,而不考虑字节流来自何方,去往何处。因此,c++将输入输出与具体的设备分离开,便于编程。
输入输出流就像一个管道,管道的两端分别是流内字节的来源和去向。具体来说,管理输入包括两步:一是将输入流与输入去向的程序关联起来,二是将输入流的文件端与文件连接起来(这里的文件指的可以是文件,也可以是设备)。输出管理同样如此,一边是将程序与输出流的程序端相连,一边是将输出目标与输出流的文件端连接起来。
通常,使用缓冲区可以更高效地处理输入和输出。清空缓冲区的动作叫作刷新缓冲区,flushing the buffer。对于文件来说是如此,对于键盘和屏幕输入输出操作也是如此,对键盘输入设置缓冲,可以让我们在数据流入程序之前能够更正输入,因此通常,当我们键盘输入回车之后才会刷新缓冲区,而输出时输出回车字符时才刷新屏幕的缓冲区。
2.流,缓冲区和iostream文件
(1)iostream头文件中包含了许多能够管理流和缓冲区的类,这些类用来创建,管理和实现流和缓冲区:
streambuf类为缓冲区提供了内存,并提供了可以填充,访问,刷新和管理的方法。
ios_base类表示流的一般特征。
ios类基于ios_base,其中包括了一个指向streambuf对象的指针成员。
ostream类基于ios类,是输出
istream类基于ios类,是输入。
iostram类是基于ostream类和istream类的,因此具有输入输出方法。
要使用这些类,必须创建相应的对象,比如使用ostream对象cout来管理输出,创建这样的对象将打开一个流,自动创建缓冲区,并与流关联起来,同时这些对象可以使用相应的成员函数。
istream和ostream都是char具体化的typedef,而wistream和wostream都是wchar_t的具体化,例如wcout用于输出宽字符流。一些输入输出中独立于类型的信息是在ios_base中定义的,比如ios_base::fixed;
它们的层次结构是streambuf本身是用来实现内存和缓冲区的类,然后ios_base实现了流的一些特性,比如格式等等,但是不能使用缓冲区,然后ios_base派生出了ios,可以使用缓冲区;接着ostream和istream类是可以直接使用的输出输入类,但他们都是单向的;最后,iostream类是多重继承了这两个类,可以创建双向的流。
(2)在程序中包含iostream将自动创建八个流对象,4个用于宽字符流,4个用于窄字符流。
cin是标准输入流,通常被关联到标准输入设备(键盘),wcin也是如此,但是主要处理wchar_t数据类型。
cout是标准输出流,被关联到屏幕,wcout与此相类似,处理的是wchar_t类型。
cerr和wcerr是标准错误流,默认关联到屏幕,这两个流没有被缓冲,就是有错误直接发送到屏幕。
clog和wclog也是标准错误流,同样关联到屏幕,但这两个流是被缓冲的。
(3)总之,流的一端与程序相连,另一端与标准输出相连,cout对象凭着streambuf对象的帮助,管理着流中的字节流。
3.重定向
(1)标准输入输出通常都连接着键盘和屏幕,但很多系统,如unix和linux,windows都支持重定向,也就是改变标准输入输出的流向。
(2)程序输出重定向指的是程序,也就是说我们可以指定程序的输入输出的另一个端点的连接,而这一端始终是连接着程序的。比如count是一个程序,我们通过count < a.txt >b.txt将标准输入与a.txt连接,而标准输出与b.txt连接,程序与标准输入输出的程序端连接,这就是重定向,重定向的是非程序端。
(3)值得一提的是,cout是标准输出流,上面的重定向是指的cout,而cerr和clog代表的标准错误流并不会重定向,而是依然从屏幕输出。有一些程序也会允许对标准错误流进行重定向,比如Unix和linux系统采用2>重定向标准错误流。