C++IO流

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C++双端队列

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前言

在C语言中，我们用到最频繁的输入输出方式就是scanf和printf

scanf:从标准输入流（键盘）读数据并存放在变量中
printf:将指定类型的数据转成字符串输出到标准输出流（屏幕）

C语言借助了相应缓冲区来进行输入与输出，包括输入缓冲区和输出缓冲区。其作用在于：

1. 可以屏蔽掉低级I/O的实现，低级I/O的实现操作依赖于操作系统本身的内核，所以如果能屏蔽掉这部分差异，能过增加可移植性。
2. 可以使用这部分内容实现“行”读取的行为，对于计算机而言是没有“行”这个概念的，有了这部分，就可以定义“行”的概念，然后解析缓冲区内容，返回一个“行”。

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提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

一、流（stream）是什么？

“流”， 即是流动的意思，在计算机中，是数据从一方流向另一方的过程。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”。

其特点是：有序且连续，同时具有方向性。

二、C++的I/O流

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。

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（回车按下缓冲区就刷新了）。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。

同时要注意cin和cout可以直接输入和输出内置数据类型的原因是因为标准库重载了内置类型的输入和输出。所以对于自定义类型而言，需要进行重载

另外，对于IO类型的算法，如果需要循环输，可以参考以下几种方式：

//输入单个元素
while (cin >> a)
{};

//输入多个元素
while (cin >> a >> b >> c)
{};

//整行接受（不带空格）
while (cin >> str)
{};

//整行接收（带空格）
while (getline(cin, str))
{};

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为：

1. 定义一个文件流对象
   ifstream:文件输入流
   ofstream:文件输出流
   fstream:文件流（可输入也可输出）
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

下面通过一个例子介绍一下文件流的使用场景：

代码如下：

struct serverInfo
{
	char _ip[20];	//ip
	int _port;		//端口号
};

class configManager
{
public:
	configManager(const string& fileName)
		: _fileName(fileName)
	{}

	//二进制写
	void writeBin(const serverInfo &info)
	{
		//使用二进制方式打开文件
		ofstream ofs(_fileName, ofstream::out|ofstream::binary);

		ofs.write((const char*)&info, sizeof(serverInfo));
		ofs.close();
	}
	//二进制读
	void readBin(serverInfo& info)
	{
		//二进制方式打开文件
		ifstream ifs(_fileName, ifstream::in | ifstream::binary);
		ifs.read((char*)&info, sizeof(serverInfo));
		ifs.close();
	}
	//文本写
	void writeTxt(const serverInfo& info)
	{
		//ofstream ofs(_fileName);
		//ofs.write(info._ip, strlen(info._ip));
		//ofs.put('\n');
		//string str = to_string(info._port);
		//ofs.write(str.c_str(), str.size());
		//ofs.close();

		ofstream ofs(_fileName);
		ofs << info._ip << ' ' << info._port;
		ofs.close();
	}
	//文本读
	void readTxt(serverInfo& info)
	{
		//ifstream ifs(_fileName);
		//ifs.getline(info._ip, 20);
		//char buffer[20];
		//ifs.getline(buffer, 20);
		//info._port = stoi(buffer);

		ifstream ifs(_fileName);
		ifs >> info._ip >> info._port;
	}
private:
	string _fileName;	//配置文件
};

void test()
{
	//二进制写
	//serverInfo w_info = { "192.1.1.2", 80 };
	//configManager cfbin("config1.bin");
	//cfbin.writeBin(w_info);

	//二进制读
	//serverInfo r_info;
	//configManager cfbin("config1.bin");
	//cfbin.readBin(r_info);

	//文本写
	//serverInfo w_info = { "123.1.2.3", 8080 };
	//configManager cftxt("config1.txt");
	//cftxt.writeTxt(w_info);

	//文本读
	//serverInfo r_info;
	//configManager cftxt("config1.txt");
	//cftxt.readTxt(r_info);

}

相较于C语言的字符串的来回转换，C++会方便很多。

三、stringstream的介绍

在C语言中可以通过atoi()去进行字符串转换成整型，同样也可以使用sprintf()进行序列化的转换。
例如：

//序列化(转换为字符串)
char buffer[128];
sprintf_s(buffer, "%s %d", info._ip, info._port);

//反序列化（将字符串转换为对应类型）
serverInfo rinfo;
sscanf_s(buffer, "%s%d", rinfo._ip, &rinfo._port);

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。

在C++中，可以使用stringstream类对象来规避此类问题：

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。

int 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;

	return 0;
}

注意：

1. 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。
2. 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。
3. 可以使用s. str(“”)方法将底层string对象设置为""空字符串。
4. 可以使用s.str()将让stringstream返回其底层的string对象。
5. 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。

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