第7章 IO类
7.1 IO类
IO库定义了读写内置类型值的操作。一些类，如string通常也会定义类似的IO操作来读写自己的对象。
istream（输入流）类型，提供输入操作。例如cin，一个istream对象，从标准输入读取数据。
ostream（输出流）类型，提供输出操作。例如cout，一个ostream对象，向标准输出写入数据。
为了支持不同类型的IO处理操作，在istream和ostream之外，标准库还定义了其他一些IO类型。
fstream定义了读写命名文件的类型，其中：
1.ifstream类型，从文件读取数据；
2.ofstream类型，向文件写入数据。
sstream定义了读写内存对象的类型，其中：
1.istringstream类型，从string读取数据；
2.ostringstream类型，向string写入数据。
1.IO类型之间的关系
概念上，设备类型和字符大小都不会影响我们要执行的IO操作。例如，我们可以用(>>)读取数据，而不用管是从一个控制台窗口，一个磁盘文件，还是一个string读取。标准库使我们能忽略这些不同类型的流之间的差异，这是通过继承机制实现的。类型ifstream和istringstream都继承自istream。因此，可以像使用istream对象一样来使用ifstream和istringstream对象。
7.1.1 IO对象无拷贝或赋值
我们不能拷贝或对IO对象赋值，如下所示：
ofstream out1,out2;
out1=out2; //错误，不能对流对象赋值
ofstream print(ofstram); //错误，不能初始化ofstream参数
out2=print(out2); //错误，不能拷贝流对象
由于不能拷贝IO对象，因此也不能将形参或返回类型设置为流类型。进行IO操作的函数通常以引用方式传递和返回流。读写一个IO对象会改变其状态，因此传递和返回的引用不能是const的。
7.1.2 条件状态
IO操作一个与生俱来的问题是可能发生错误。一些错误是可恢复的，而其他错误则发生在系统深处，已经超过了应用程序可以修正的范围。下面列出了IO类所定义的一些函数和标志，可以帮助我们访问和操纵流的状态条件。
| 函数 | 含义 |
|---|---|
| strm::iostate | strm是一种IO类型，iostate是一种机器相关的类型，提供了表达条件状态的完整功能 |
| strm::badbit | 指流已崩溃 |
| strm::failbit | 指出一个IO操作失败了 |
| strm::eofbit | 指出流到达了文件结束 |
| strm::goodbit | 指流未处于错误状态。此值保证为0 |
| s.eof() | 若流s的eofbit置位，则返回true |
| s.fail() | 若流s的failbit或badbit置位，则返回true |
| s.bad() | 若流s的badbit置位，则返回true |
| s.good() | 若流s处于有效状态，则返回true |
| s.clear() | 将流s中所有条件状态复位，将流的状态设置为有效，返回void |
| s.clear(flags) | 根据给定的flags标志位，将流s中对应条件状态位复位。flags的类型为strm::iostate。返回void |
| s.setstate(flags) | 根据给定的flags标志位，将流s中对应条件状态位置位。flags的类型为strm::iostate。返回void |
| s.rdstate() | 返回流s的当前条件状态，返回值类型为strm::iostate |
1.查询流的状态
将流作为条件使用，只能告诉我们流是否有效，而无法告诉我们具体发生了什么。有时我们也需要知道流为什么失败。IO库定义了一个与机器无关的iostate类型，它提供了表达流状态的完整功能。这个类型应作为一个位集合使用，使用方式与第三章中使用quizl的方式一样。IO库定义了4个iostate类型的constexpr值，表示特定的位模式。这些值用来表示特定类型的IO条件，可以与位运算符一起使用来一次性检测或设置多个标志位。badbit表示系统级错误，如不可恢复的读写错误。通常情况下，一旦badbit被置位，流就无法再使用了。在发生可恢复错误后，failbit被置位，如期望读取数值却读出一个字符等错误。这种问题通常可以修正，流还可以继续使用。如果到达文件结束位置，eofbit和failbit都会被置位。goodbit的值为0，表示流未发生错误。如果badbit、failbit和eofbit任一个被置位，则检测流状态的条件会失败。
2.管理条件状态
流对象的rdstate成员返回一个iostate值，对应流的当前状态。setstate操作将给定条件位置位，表示发生了对应错误。clear成员是一个重载的成员：它有一个不接受参数的版本，而另外一个版本接受一个iostate类型的参数。
7.1.3 管理输出缓冲
每个输出流都管理一个缓冲区，用来保存程序读写的数据。例如：
os<<"please enter a value";
文本串可能立即打出来，但也有可能被操作系统保存在缓冲区内，随后再打印。有了缓冲机制，操作系统就可以将程序的多个输出操作组合成单一的系统级写操作。由于设备的写操作可能很耗时，允许操作系统将多个输出操作组合为单一的设备写操作，这样可以带来很大的性能提升。导致缓冲刷新的原因很多，如下：
1.程序正常结束，作为main函数的return操作的一部分，缓冲刷新被执行。
2.使用操纵符如endl来显式刷新缓冲区。
1.刷新输出缓冲区
endl： 完成换行并刷新缓冲区的工作；
flush： 刷新缓冲区但不输出任何额外的字符；
ends： 向缓冲区插入一个空字符然后刷新缓冲区；
2.unitbuf操纵符
如果想在每次输出操作后都刷新缓冲区，我们可以使用unitbuf操纵符，它告诉流在接下来的每次写操作后都进行一次flush操作，而nounitbuf操作符则重置流，使其恢复使用正常的系统管理的缓冲区刷新机制。
cout<<unitbuf; //任何输出都立即刷新
cout<<nounitbuf; //回到正常的缓冲方式
3.关联输入和输出流
当一个输入流被关联到一个输出流时，任何试图从输出流读取数据的操作都会先刷新关联的输出流。标准库将cout和cin关联在一起。tie有2个重载的版本，一个版本不带参数，返回指向输出流的指针。如果本对象当前关联到一个输出流，则返回的就是指向这个流的指针，如果对象未关联到流，则返回空指针。tie的第二个版本接受一个指向ostream的指针，将自己关联到此ostream。即X.tie(&0)将流X关联到输出流0。我们既可以将一个istream对象关联到另一个ostream，也可以将一个ostream关联到另一个ostream。
7.2 文件输入输出
fstream中定义的类型还增加一些新的成员来管理与流关联的文件。
| 函数 | 含义 |
|---|---|
| fstream fstrm | 创建一个未绑定的文件流 |
| fstream fstrm(s) | 创建一个fstream,并打开名为s的文件 |
| fstream fstrm(s,mode) | 与前一个函数类似，但按指定类型mode打开文件 |
| fstrm.open(s) | 打开名为s的文件，并将文件与fstrm绑定 |
| fstream.close() | 关闭与fstrm绑定的文件 |
| fstrm.is_open() | 返回一个bool值，指出与fstrm关联的文件是否成功打开且尚未关闭 |
7.2.1 使用文件流对象
当我们想要读写一个文件时，可以定义一个文件流对象，并将对象与文件关联起来。每个文件流类都定义了一个名为open的成员函数，它完成一些系统相关的操作，定位给定的文件，并视情况打开为读或写模式。创建文件流对象时，我们可以提供文件名。如果提供了一个文件名，则open会自动调用。
ifstream in(ifile); //构造一个ifstream并打开文件
1.用fstream代替iostream&
在要求使用基类型对象的地方，我们可以用继承类型的对象来替代。这意味着接受一个iostream类型引用（或指针）参数的函数，可以用一个对应的fstream(或sstream)类型来调用。
2.成员函数open和close
如果我们定义了一个空文件流对象，可以随时调用open来将它与文件关联起来。如果调用open失败，failbit会被置位。因为调用open可能会失败，进行open是否成功的检测通常是一个好习惯。一旦一个文件流打开，它就保持与对应文件的关联。实际上对一个已经打开的文件流调用open会失败，并会导致failbit被置位。随后的试图使用文件流的操作都会失败。为了将文件流关联到另外一个文件，必须首先关闭已经关联的文件。
3.自动构造和析构
当一个fstream对象被销毁时，close会自动被调用。
7.2.2 文件模式
每个流都有一个关联的文件模式。用来指出如何使用文件。
| 文件模式 | 含义 |
|---|---|
| in | 以读方式打开 |
| out | 以写方式打开 |
| app | 每次写操作前均定位到文件末尾 |
| ate | 打开文件后立即定位到文件末尾 |
| trunc | 截断文件 |
| binary | 以二进制方式进行IO |
指定文件模式有如下限制：
1.只可以对ofstream或fstream对象设定out模式；
2.只可以对istream或fstream对象设定in模式；
3.只有当out也被设定时才可设定trunc模式；
4.只要trunc没被设定，就可以设定app模式。
在app模式下，即使没有显式指定out模式，文件也总是以输出方式被打开。默认情况下，即使没有指定trunc，以out模式打开的文件也会被截断。为了保留以out模式打开的文件的内容，我们必须指定app模式，这样只会将数据追加写到文件末尾；或者同时指定in模式，即打开文件的同时进行读写操作。每个文件流类型都指定了一个默认的文件模式，当我们未指定文件模式时，就使用此默认模式。与istream关联的文件默认以in模式打开；与ofstream关联的文件默认以out模式打开；与fstream关联的文件默认以in和out模式打开。默认情况下，当我们打开一个ofstream时，文件的内容会被丢弃，阻止一个ofstream清空给定文件内容的方法是同时指定app模式。
ofstream out("file", ofstream:: app );
1.每次调用open时都会确定文件模式
在每次打开文件时，都要设置文件模式，可能是显式地设置，也可能是隐式的设置。
7.3 string流
sstream头文件定义了三个类型来支持内存IO，这些类型可以向string写入数据，从string读取数据。istringstream从string读取数据，ostringstream向string写入数据，stringstream既可以从string读数据也可向string写数据。
| 函数 | 含义 |
|---|---|
| sstream strm | strm是一个未绑定的stringstream对象。sstream是头文件sstream中定义的一个类型 |
| sstream strm(s) | strm是一个sstream对象，保存string s的一个拷贝。此构造函数是explicit的 |
| strm.str() | 返回strm所保存的string拷贝 |
| strm.str(s) | 将string s拷贝到strm中 |
7.3.1 使用istringstream
当某些工作是对整行文本进行处理，而其他的一些工作是处理行内的单个单词时，通常可以使用istringstream。
struct Person{
string name;
vector<string>phones;
};
string line,word;
vector<Person> poeple;
while(getline(cin,line)){
Person info;
istringstream record(line);
record>>info.name;
while(record>>word)
info.phones.push_back(word);
people.push_back(info);
}
7.3.2 使用ostringstream
当我们逐步构造输出，希望最后一起打印时，ostringstream是很有用的。例如，对上一节的例子，我们可能想逐个验证电话号码并改变其格式。如果所有号码都是有效的我们希望输出一个新文件，包含改变格式后的号码。对于那些无效的号码，我们不会将它们输出到新文件中，而是打印一条包含人名和无效号码的错误信息。
for(const auto&enter:people)
{
ostringstream formatted,badNums;
for(const auto &nums:enter.phones){
if(!valid(nums)){
badNums<<" "<<nums;
}
else
formatted<<" "<<format(nums);
}
if(badNums.str().empty())
os<<enter.name<<" "<<formatted.str()<<endl;
else
cerr<<"input error:"<<entry.name<<"invalid number(s)"<<badNums.str()<<endl;
}