C++输入和输出流

1 流的概念和流类库的结构

程序的输入指的是从输入文件将数据传送给程序，程序的输出指的是从程序将数据传送给输出文件。

C++输入输出包含以下三个方面的内容：

1. 对系统指定的标准设备的输入和输出。即从键盘输入数据，输出到显示器屏幕。这种输入输出称为标准的输入输出，简称标准I/O。
2. 以外存磁盘文件为对象进行输入和输出。即从磁盘文件输入数据，数据输出到磁盘文件。以外存文件为对象的输入输出称为文件的输入输出，简称文件I/O。
3. 对内存中指定的空间进行输入和输出。通常指定一个字符数组作为存储空间(实际上可以利用该空间存储任何信息)。这种输入和输出称为字符串输入输出，简称串I/O。

C++编译系统提供了用于输入输出的iostream类库。iostream这个单词是由3个部 分组成的，即i-o-stream，意为输入输出流。在iostream类库中包含许多用于输入输出的类。

ios是抽象基类，由它派生出istream类和ostream类，两个类名中第1个字母i和o分别代表输入(input)和输出(output)。 istream类支持输入操作，ostream类支持输出操作， iostream类支持输入输出操作。iostream类是从istream类和ostream类通过多重继承而派生的类。其继承层次见上图表示。

C++对文件的输入输出需要用ifstrcam和ofstream类，两个类名中第1个字母i和o分别代表输入和输出，第2个字母f代表文件 (file)。ifstream支持对文件的输入操作， ofstream支持对文件的输出操作。类ifstream继承了类istream，类ofstream继承了类ostream，类fstream继承了 类iostream。见图

I/O类库中还有其他一些类，但是对于一般用户来说，以上这些已能满足需要了。

与iostream类库有关的头文件
iostream类库中不同的类的声明被放在不同的头文件中，用户在自己的程序中用#include命令包含了有关的头文件就相当于在本程序中声明了所需要用到的类。

可以换 —种说法：头文件是程序与类库的接口，iostream类库的接口分别由不同的头文件来实现。常用的有

• iostream 包含了对输入输出流进行操作所需的基本信息。

• fstream 用于用户管理的文件的I/O操作。

• strstream 用于字符串流I/O。

• stdiostream 用于混合使用C和C + +的I/O机制时，例如想将C程序转变为C++程序。

• iomanip 在使用格式化I/O时应包含此头文件。

在iostream头文件中定义的流对象

在 iostream 头文件中定义的类有 ios，istream，ostream，iostream，istream 等。

在iostream头文件中不仅定义了有关的类，还定义了4种流对象，

对象	含义	对应设备	对应的类	c语言中相应的标准文件
cin	标准输入流	键盘	istream_withassign	stdin
cout	标准输出流	屏幕	ostream_withassign	stdout
cerr	标准错误流	屏幕	ostream_withassign	stderr
clog	标准错误流	屏幕	ostream_withassign	stderr

在iostream头文件中定义以上4个流对象用以下的形式（以cout为例）：

 ostream cout (stdout);

在定义cout为ostream流类对象时，把标准输出设备stdout作为参数，这样它就与标准输出设备(显示器)联系起来，如果有

cout << 3;

就会在显示器的屏幕上输出3。

在iostream头文件中重载运算符

“<<”和“>>”本来在C++中是被定义为左位移运算符和右位移运算符的，由于在iostream头文件中对它们进行了重载， 使它们能用作标准类型数据的输入和输出运算符。所以，在用它们的程序中必须#include命令把iostream包含到程序中。

#include

1. >>a表示将数据放入a对象中。
2. <

2 标准I/O流

标准I/O对象:cin，cout，cerr，clog

1. cout流对象
   cout是console output的缩写，意为在控制台（终端显示器）的输出。强调几点。
   
   1 cout不是C++预定义的关键字，它是ostream流类的对象，在iostream中定义。 顾 名思义，流是流动的数据，cout流是流向显示器的数据。cout流中的数据是用流插入 运算符“<<”顺序加入的。
   2 用“cout<<”输出基本类型的数据时，可以不必考虑数据是什么类型，系统会判断数 据的类型，并根据其类型选择调用与之匹配的运算符重 载函数。这个过程都是自动的， 用户不必干预。如果在C语言中用prinf函数输出不同类型的数据，必须分别指定相应 的输出格式符，十分麻烦，而且容易出错。C++的I/O机制对用户来说，显然是方便而安全的。
   3 cout流在内存中对应开辟了一个缓冲区，用来存放流中的数据，当向cout流插人一个endl时，不论缓冲区是否已满，都立即输出流中所有数据，然后插入一个换行符， 并刷新流（清空缓冲区）。注意如果插人一个换行符”\n“（如cout< 4 在iostream中只对"<<“和”>>“运算符用于标准类型数据的输入输出进行了重载，但未对用户声明的类型数据的输入输出进行重载。如果用户声明了新的类型，并希望用”<<“和”>>"运算符对其进行输入输出，按照重运算符重载来做。

2. cerr流对象
   cerr流对象是标准错误流，cerr流已被指定为与显示器关联。cerr的 作用是向标准错误设备(standard error device)输出有关出错信息。cerr与标准输出流cout的作用和用法差不多。但有一点不同：cout流通常是传送到显示器输出，但也可以被重定向输出到磁盘文件，而cerr流中的信息只能在显示器输出。当调试程序时，往往不希望程序运行时的出错信息被送到其他文件，而要求在显示器上及时输出，这时 应该用cerr。cerr流中的信息是用户根据需要指定的

3. clog流对象
   clog流对象也是标准错误流，它是console log的缩写。它的作用和cerr相同，都是在终端显示器上显示出错信息。区别：cerr是不经过缓冲区，直接向显示器上输出有关信息，而clog中的信息存放在缓冲区中，缓冲区满后或遇endl时向显示器输出。

缓冲区的概念:

3 标准输入流 ★

使用	作用	说明
cin.get()	读取一个符	char c = cin.get(); char c; cin.get(c); 从缓冲区中读取一个字符存放至c
cin.get(buf,n)	读取字符串	从缓冲区最多读取n-1个字符的字符串，存放至buf中，利用cin.get获取字符串时候，换行符遗留在缓冲区中
cin.getline(buf,n)	读取字符串	从缓冲区最多读取n-1个字符的字符串，存放至buf中，利用cin.getline获取字符串时候，换行符不会被取走，也不在缓冲区中，而是直接扔掉
cin.ignore()	忽略	如果没有传参，默认忽略1个字符[默认为cin.ignore(1,EOF)]；如果填入参数n，代表忽略n个字符，下面有详解
cin.peek()	查看	char c = cin.peek(); 查看缓冲区中第一个字符，不是取出，缓冲区的字符任然不变
cin.putback(c)	放置	char c = ‘a’; cin.putback©; 将字符c放置在缓冲区首位
cin.fail	缓冲区标志位	0代表正常 ，1代表异常
cin.clear()	重置标志位为0

cin.ignore详解:

cin.ignore(int intExp = 1, char chExp = EOF);
/*
EOF为文件结束符
其中intExp 是一个整型表达式，也可以是一个整型数值。
这个数值表示在一行中忽略的字符的最大数目，比如说intExp=100；
还有一个参数chExp,是一个字符表达式。
表示如果遇到一个字符值等于chEXP，那么就停止ignore()。
如果ignore100个字符之后还没遇到值等于chEXP的字符，那也得停止ignore()，所以100是ignore()所忽略的最大字符数。
*/

#include 
using namespace std;

int main()
{
    // 1 cin.get()
#if 0 
    //char ch;
    //cin.get(ch);
    char c = cin.get();
    cout << c << endl;
#endif

    // 2 cin.get(buf,n)
#if 0
    char buf[1024] = {0};
    cin.get(buf, 1024);
    cout << buf << endl;

    // 证明缓冲区中换行符遗留在缓冲区中
    char c = cin.get();
    cout << c << endl;
#endif

    // 3 cin.getline(buf,n)
#if 0
    char buf[1024] = {0};
    cin.getline(buf,1024);
    cout << buf << endl;

    // 证明缓冲区中换行符不遗留在缓冲区中,也不取出,而是丢弃
    char c = cin.get();
    cout << c << endl;
#endif

    // 4 cin.ignore()
#if 0
    char buf[1024];
    cin.ignore(2);
    cin.getline(buf,1024);
    cout << buf << endl;
#endif

    // 5 cin.peek()
#if 0
    char buf[1024];
    char c = cin.peek();
    cout << c << endl;
    cin.getline(buf,1024);
    cout << buf << endl;
#endif

    // 6 cin.putback()
#if 0
    char buf[1024];
    char c = 'a';
    cin.putback(c);
    cin.getline(buf,1024);
    cout << buf << endl;
#endif

    return 0;
}

案例：用户输入 0 ~ 10 之间的数字，如果输入有误，重新输入

#include 
#include 
using namespace std;

int main()
{
    int num;
    cout << "请输入一个0-10的数:";
    while (true)
    {   
        /*  
        if (!(cin >> num))
        {
            cout << "输入的数不是int类型" << endl;
            break;
        }
        */
        cin >> num;

        if (cin.fail() == 0)    // 缓冲区正常
        {   
            cout << "1cin.fail()=" << cin.fail() << endl;
            if(num >= 0 && num <= 10) 
            {   
                cout << num << endl;
                break;
            }   
            cout << "输入错误，请从新输入:"; 
        }   
        else
        {   
            cin.clear();
            cin.ignore();
            cout << "输入的数不是int类型，请从新输入:";
        }
    }

    return 0;
}

4 标准输出流 ★

4.1 字符输出

使用	作用	说明
cout.flush()	刷新缓冲区	Linux下有效
cout.put()	向缓冲区写字符
cout.write()	从buffer中写num个字节到当前输出流中

#include 
#include 
using namespace std;

//cout.flush 刷新缓冲区，linux下有效
void test01()
{  
    cout << "hello world";
    cout.flush();     // 刷新缓冲区
}

//cout.put 输出一个字符
void test02()
{
    cout.put('a');
    cout.put('h').put('e').put('l');    // 链式编程
}

//cout.write 输出字符串 buf,输出多少个
void test03()
{
    const char* str = "hello world!";
    cout.write(str, strlen(str));
    cout << endl;
}

int main()
{
    //test01();
    //test02();
    test03();

    return 0;
}

4.2 格式化输出

在输出数据时，为简便起见，往往不指定输出的格式，由系统根据数据的类型采取默认的格式，但有时希望数据按指定的格式输出，如要求以十六进制或八进制形式输出一个整数，对输出的小数只保留两位小数等。有两种方法可以达到此目的。

1. 使用控制符的方法；
2. 使用流对象的有关成员函数。

4.2.1 流对象的有关成员函数

通过调用流对象cout中用于控制输出格式的成员函数来控制输出格式。用于控制输出格式的常用的成员函数如下：

流成员函数setf和控制符setiosflags括号中的参数表示格式状态，它是通过格式标志来指定的。格式标志在类ios中被定义为枚举值。因此在引用这些格式标志时要在前面加上类名ios和域运算符“::”。格式标志见表1

#include 
using namespace std;

//通过流成员函数
int main()
{
    int number = 99; 
    cout << "1: " << number << endl;

    cout.width(20);     // 设置宽度
    cout << "2: " << number << endl;

    cout.width(20);     // 设置宽度
    cout.fill('*');     // 填充
    cout << "3: " << number << endl;

    cout.setf(ios::left);   // 左对齐
    cout << "4: " << number << endl;

    cout.unsetf(ios::dec);  // 卸载十进制
    cout.setf(ios::hex);    // 设置十六进制
    cout << "5: " << number << endl;

    cout.setf(ios::showbase);   // 十六进制以0x开头
    cout << "6: " << number << endl;

    cout.unsetf(ios::hex);  // 卸载十六进制
    cout.setf(ios::oct);    // 设置八进制
    cout << "7: " << number << endl;

    return 0;
}

4.2.2 控制符格式化输出

C++提供了在输入输出流中使用的控制符(有的书中称为操纵符)。

注意：如果使用了控制符，需要添加#include

#include 
#include 
using namespace std;

//使用控制符
int main()
{

    int number = 99; 
    cout << setw(20)                        /*设置宽度*/
         << setiosflags(ios::left)          /*左对齐*/
         << setiosflags(ios::showbase)      /*八进制0开头，十六进制0x开头*/
         << setfill('*')                    /*设置填充*/
         << hex                             /*十六进制*/
         << number
         << endl;

    return 0;
}

注意：

1. 成员函数width(n)和控制符setw(n)只对其后的第一个输出项有效。
2. 用setf 函数设置格式状态时，可以包含两个或多个格式标志，由于这些格式标志在ios类中被定义为枚举值，每一个格式标志以一个二进位代表，因此可以用位或运算符“|”组合多个格式标志。例如：cout.setf(ios::internal I ios::showpos);
3. 对输出格式的控制，既可以用控制符，也可以用cout流的有关成员函数，二者的作用是相同的。控制符是在头文件iomanip中定义的，因此用控制符时，必须包含iomanip头文件。