【C++】IO流
【C++】IO流
一、C语言的输入与输出
二、流是什么
三、C++中IO流的分类
3.1 C++标准IO流
3.2 C++文件IO流
3.2.1C++二进制文件的读写操作的例子：
3.3.2 文本的读写操作
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。
对输入输出缓冲区的理解：
1.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。
2.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
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++中IO流的分类
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
3.1 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：
1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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:
5. 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。
6. 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)
{
// ...
}那么这个循环是如何判断什么时候继续输入，什么时候结束的呢？
下面我们来看一下istream类型对象转换为逻辑条件判断值。
7. istream类型对象转换为逻辑条件判断值
istream& operator>> (int& val);
explicit operator bool() const;https://cplusplus.com/reference/istream/istream/operator%3E%3E/
https://cplusplus.com/reference/ios/ios/operator_bool/
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
我们先来看下面这个例子：
class A
{
public:
A(int a)
:_a(a)
{}
//explicit operator int()//这里的explicit对转换不会有影响
operator int ()
{
return _a;
}
operator bool()
{
return _a;
}
int _a;
};
int main()
{
// 自定义类型<-内置类型
A aa1 = 100;
// 内置类型<-自定义类型
int i = aa1;
cout << i << endl;
//double d = aa1;
//int* ptr = aa1;
bool ret = aa1;
cout << ret << endl;
return 0;
}
如果是内置类型转换为自定义类型，我们可以用类中的构造
但如果是自定义类型转换为自定义类型呢？我们看到我们在A类中重载了int类型和bool类型，就成功的将aa1转换为int和bool类型。
再来看这个例子：
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 string()
{
string str;
str += to_string(_year);
str += ' ';
str += to_string(_month);
str += ' ';
str += to_string(_day);
return str;
}*/
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;
}
类似的，当我们使用：
int main()
{
string str;
while (cin >> str) // operator>>(cin, str).operator bool()
{
cout << str << endl;
}
return 0;
}
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
同样的，多个元素循环输入：
实际上是先调用了operator>>，返回值是cin，然后再operator>>，返回值还是cin，然后再调用operator bool()判断是否输入结束，输入ctrl+z就是结束。
cin.operator>>(a).operator>>(b).operator bool()
3.2 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：
1. 定义一个文件流对象
- ifstream ifile(只输入用) input。从文件中读取数据，输入到文件流对象。
- ofstream ofile(只输出用) output，文件流对象输出，写入数据到文件中。
- fstream iofile 既可读取数据，也能写入数据。
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
5.C++中对文件操作需要 包含头文件#include
程序运行时，产生的数据都属于临时数据，程序一旦运行结束都会被释放，通过文件可以将数据持久化，C++对文件操作需要包含头文件
(1）文本文件：文件以文本的ASCII码的形式存储在计算机中。
(2）二进制文件：文件以文本的二进制形式存储在计算机中，用户一般不能直接读懂他们。
操作文件三大类：
ofstream：写 ifstream：读 fstream：读写
3.2.1C++二进制文件的读写操作的例子：
struct ServerInfo
{
char _address[32];
int _port;
Date _date;
};
struct ConfigManager
{
public:
ConfigManager(const char* filename = "file.txt")
:_filename(filename)
{}
// 二进制读写 -- 简单高效，缺点：写到文件中的内容看不懂
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));
}
private:
string _filename; // 配置文件
};
二进制的写：
int main()
{
ServerInfo winfo = { "192.0.0.1111111111111111111", 80, { 2022, 4, 10 } };
ConfigManager cm("test.bin");
cm.WriteBin(winfo);
return 0;
}运行结果：
我们看到文件夹中出现了test文件，但是后面有些字符我们看不懂。
这就是二进制读写的特点： -- 简单高效，缺点：写到文件中的内容看不懂
下面对刚刚生成的二进制文件进行的读操作：
int main()
{
ConfigManager cf_bin("test.bin");
ServerInfo rbinfo;
cf_bin.ReadBin(rbinfo);
cout << rbinfo._address << " " << rbinfo._port << " " << rbinfo._date << endl;
return 0;
}运行结果：
可以看到我们成功读取到二进制文件中的内容。
注意：二进制读写不能用string vector这样的对象存数据，否则写出去就是一个指针，进程结束就是野指针，另一个进程再读进来进坑了
下面我们来看这个例子：
我们将上面这个例子的_address改成string来存数据
struct ServerInfo
{
//char _address[32];
// 二进制读写不能用string vector这样的对象存数据
// 否则写出去就是一个指针，进程结束就是野指针，另一个进程再读进来进坑了
string _address;
int _port;
Date _date;
};我们看到虽然能够进行正常写入。
但当我们读数据时：
我们发现发生异常报错，因为我们写操作是一个进程，读操作是一个进程，所以当我们用string vector这样的对象存数据，写出去就是一个指针，进程结束就是野指针，另一个进程再读进来进坑了。
3.3.2 文本的读写操作
struct ServerInfo
{
char _address[32];
// 二进制读写不能用string vector这样的对象存数据
// 否则写出去就是一个指针，进程结束就是野指针，另一个进程再读进来进坑了
//string _address;
int _port;
Date _date;
};
struct ConfigManager
{
public:
ConfigManager(const char* filename = "file.txt")
:_filename(filename)
{}
// 二进制读写 -- 简单高效，缺点：写到文件中的内容看不懂
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));
}
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
};文本写入：
int main()
{
ServerInfo winfo = { "192.0.0.1111111111111111111", 80, { 2022, 4, 10 } };
ConfigManager cm("test.txt");
cm.WriteText(winfo);
return 0;
}运行结果：文件中成功生成了test.txt文件
文件读取：
int main()
{
ConfigManager cf_bin("test.txt");
ServerInfo rbinfo;
cf_bin.ReadText(rbinfo);
cout << rbinfo._address << " " << rbinfo._port << " " << rbinfo._date << endl;
return 0;
}
运行结果：成功将文件读取。
注意：这里有有个重要的细节，就是写文件时要用空格或者换行符隔开，否则可能会出现数据读取不匹配的情况
最后我们来看一个读取文件的接口：
用字符的方式获取文件夹中Test.cpp中的内容。
int main()
{
ifstream ifs("Test.cpp");
char ch;
while (ifs.get(ch))
{
cout << ch;
}
return 0;
}运行结果：
可以看到成功获取到test.cpp的内容，ifstream中重载了operator bool，当获取到文件结束的标志的时候就停止输出。
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，如何去做？
1. 使用itoa()函数
2. 使用sprintf()函数
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;
}
运行结果：
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：
1. 将数值类型数据格式化为字符串
1.1内置类型数据格式化为字符串
#include
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;
string sValue;
sValue = s.str();// str()方法：返回stringsteam中管理的string类型
cout << sValue << endl;
return 0;
}
运行结果：
以上代码有俩点我们要注意：
- 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。
如果没有调用clear()和将stringstream底层管理string对象设置成""：
可以看到我们第二次向s中输入失败了，最后输出的还是第一次的数据。
如果调用了clear()但没有将stringstream底层管理string对象设置成""：
可以看到调用clear()将状态重置为goodbit才可以转换，但没有将stringstream底层管理string对象设置成""，造成多次转换时，将之前的结果全部累积在底层string对象中。
1.2自定义类型格式化字符串
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 string()
{
string str;
str += to_string(_year);
str += ' ';
str += to_string(_month);
str += ' ';
str += to_string(_day);
return str;
}*/
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;
}#include
int main()
{
Date d(2023, 10, 16);
ostringstream oss;
oss << d;
string str = oss.str();
cout << str << endl;
return 0;
} 运行过程：
因为ostringstream是ostream的子类，所以这里调用了ostream的operator<<将自定义Date类型进行流输入。
流提取：将string内容解析出来依次提取到Date，注意字符串默认用空格或者换行进行分割
int main()
{
string str("2023 10 16");
istringstream iss(str);
Date d;
iss >> d;
return 0;
}
同样的istringstream是istream的子类，所以调用了ostream的operator>>将自定义Date类型进行流提取。
2. 字符串拼接
#include
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;
} 运行结果：
这里我们不是进行类型转换，所以不用调用clear()。
3. 序列化和反序列化结构数据
什么是序列化和反序列化？
在C++中，序列化和反序列化是处理数据持久化的常见方法。简单来说，序列化就是将数据转换为可以存储或传输的形式，而反序列化则是将已序列化的数据还原为原始数据。
序列化是将数据结构或对象状态转换为可以存储或传输的格式的过程。在序列化过程中，对象的状态被捕获并转换为一个可以存储在文件或传输到另一个机器的格式。这个过程通常包括将非静态成员函数和类类型信息等元数据一起保存。
反序列化是反向操作，即从序列化的数据中提取出数据结构或对象状态的过程。反序列化过程中，先前保存的信息被用来重建对象的状态。这个过程通常需要与序列化过程中使用的类相同的类定义。
C++的序列化和反序列化可以通过使用标准库中的
下面来看这个例子：
struct ChatInfo
{
string _name; // 名字
int _id; // id
Date _date; // 时间
string _msg; // 聊天信息
};
#include
int main()
{
// 结构信息序列化为字符串
ChatInfo winfo = { "张三", 135246, { 2023, 10, 16 }, "晚上一起看电影吧" };
stringstream oss;
oss << winfo._name << " " << winfo._id << " " << winfo._date << " " << winfo._msg;
string str = oss.str();
//send(str);
cout << str << 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
// json xml
ChatInfo rInfo;
stringstream 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;
} 
以上代码我们用序列化一个ChatInfo结构到一个字符串，然后再从字符串反序列化回原来的结构。
这种方法还是有一些局限性，如果我们只需要_msg的数据，我们还是要先把前面几个数据先提取出来。
如果我们想在网络上发送这个字符串，可能需要考虑使用一些更健壮的格式，如JSON或XML，来序列化和反序列化数据。这不仅可以让我们的数据更易于阅读和编辑，还可以更好地处理各种数据类型和复杂的数据结构。