C++之IO流
IO流
- C语言的输入与输出
- 流是什么
- C++IO流
-
- C++标准IO流
- C++文件IO流
- stringstream的介绍
C语言的输入与输出
在C语言当中，我们使用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，并将读取到的值存放到某一指定变量当中。printf： 将指定的数据输出到标准输出设备（屏幕），使用时需要注意宽度输出和精度输出的控制。
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。
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。
- 使用cerr进行标准错误的输出。
- 使用clog进行日志的输出。
从上图可以看出，cout、cerr、clog都是由ostream类实例化出的三个不同的对象，因此这三个对象基本没什么区别，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。
比如下面的日期类：
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;
}
- 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。
// 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)
{
// ...
}
C++文件IO流
C++根据文件内容的数据格式将文件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如下：
- 定义一个文件流对象：
操作文件的类有以下三个：
| 类 | 对应操作场景 |
|---|---|
| ofstream | 只写 |
| ifstream | 只读 |
| fstream | 读+写 |
- 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。
文件常见的打开方式如下：
| 打开方式 | 功能 |
|---|---|
| in | 以读的方式打开文件 |
| out | 以写的方式打开文件 |
| binary | 以二进制方式对文件进行操作 |
| ate | 输出位置从文件的末尾开始 |
| app | 以追加的方式对文件进行写入 |
| trunc | 先将文件内容清空再打开文件 |
- 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。
对文件进行提取和插入操作的常用成员函数：
| 成员函数 | 功能 |
|---|---|
| put | 插入一个字符到文件 |
| write | 插入一段字符到文件 |
| get | 从文件提取字符 |
| read | 从文件提取多个字符 |
| tellg | 获取当前字符在文件当中的位置 |
| seekg | 设置对文件进行操作的位置 |
<< 运算符重载 |
将数据形象地以“流”的形式进行输出 |
>> 运算符重载 |
将数据形象地以“流”的形式进行输入 |
- 关闭文件。
#include stringstream的介绍
在C语言中，我们若是想要将一个整型变量的数据转化为字符串格式，有以下两种方法：
1、使用itoa函数进行转化。
int a = 10;
char arr[10];
itoa(a, arr, 10);
2、使用sprintf函数进行转化。
int a = 10;
char arr[10];
sprintf(arr, "%d", a);
虽然itoa函数和sprintf函数都能完成转化，但是在两个函数在转化时，都需要先给出保存结果的空间，而空间的大小是不太好界定的，除此之外，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，我们可以使用stringstream类对象来避开此问题。在程序当中如果想要使用stringstream，必须要包含头文件sstream。在该头文件下，有三个类：
| 类 | 对应操作场景 |
|---|---|
| ostringstream | 输出操作 |
| istringstream | 输入操作 |
| stringstream | 输入操作+输出操作 |
#include 序列化与反序列化
struct ChatInfo
{
string _name; // 名字
int _id; // id
Date _date; // 时间
string _msg; // 聊天信息
};
int main()
{
ChatInfo winfo = { "张三", 135246, { 2022, 4, 10 }, "晚上一起看电影吧" };
stringstream oss;
oss << winfo._name << " ";
oss << winfo._id << " ";
oss << winfo._date << " ";
oss << winfo._msg;
string str = oss.str();
cout << str << endl;
stringstream iss(str);
ChatInfo rinfo;
iss >> rinfo._name;
iss >> rinfo._id;
iss >> rinfo._date;
iss >> 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;
}