【C++】C++的IO流

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C语言的输入与输出

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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。如下图所示：

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”。

 
 

C++ IO流

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“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

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，同时C++标准库还提了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。

在使用的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. 对于自定义类型来说，如果要支持cin和cout的标准输入和标准输出，需要对<<和>>进行重载。
6. 在线OJ中的输入和输出
   • 对于IO类型的算法题，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，在使用 cin 进行输入时，在Windows系统下输入 Ctrl+Z 表示文件结束符（EOF，End - Of - File）。这会使 cin 读取操作结束， cin 对象会进入一种错误状态，通过 cin.eof() 可以检查到这个状态，表示已经到达输入流的末尾。 在Unix/Linux系统中，通常是 Ctrl+D 来表示文件结束符。

// 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)
{// ...
}

7. istream类型对象转换为逻辑条件判断值

istream& operator>> (int& val);
explicit operator bool() const;

operator >>
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类的对象又调用了operator bool， operator bool调用时，如果接受流失败，或者有结束标志，则返回false。

注意：
这里出现有一个operator bool的操作，这个叫做类型转换运算符的重载。这种重载允许将自定义类型的对象隐式转换为所重载的类型。例如：

class MyClass {
public:operator int() {return 42;}
};int main() {MyClass obj;int num = obj;std::cout << num << std::endl; return 0;
}

在这个例子中，当将 MyClass 类型的对象 obj 赋值给 int 类型的变量 num 时，会调用 operator int() 函数进行类型转换，将其转换为整数 42 并赋值给 num 。

这种类型转换运算符的重载需要谨慎使用，因为过度的隐式类型转换可能会导致意外的结果或降低代码的可读性。如果可能，优先考虑使用显式类型转换函数来避免不必要的隐式转换。

 

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）
   • ofstream ofile （只输出用）
   • fstream iofile（既输入又输出用）

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

下面演示一下使用示例：

#include <fstream> 
using namespace std;
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;elsereturn 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;
}struct ServerInfo
{char _address[32];int _port;Date _date;
};
struct ConfigManager
{
public:ConfigManager(const char* filename):_filename(filename){}void WriteBin(const ServerInfo& info){// 参数 _filename 应该是要创建或打开的文件名， // ios_base::out | ios_base::binary 表示以输出模式和二进制模式打开文件。ofstream ofs(_filename, ios_base::out | ios_base::binary);ofs.write((const char*)&info, sizeof(info));}void ReadBin(ServerInfo& info){// 参数 _filename 应该是要创建或打开的文件名， // ios_base::out | ios_base::binary 表示以输入模式和二进制模式打开文件。ifstream ifs(_filename, ios_base::in | ios_base::binary);ifs.read((char*)&info, sizeof(info));}// C++文件流的优势就是可以对内置类型和自定义类型，都使用一样的方式，// 去流插入和流提取数据当然这里自定义类型Date需要重载>> 和 <<// istream& operator >> (istream& in, Date& d)// ostream& operator << (ostream& out, const Date& d)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
};
int main()
{ServerInfo winfo = { "192.0.0.1", 80, { 2022, 4, 10 } };// 二进制读写ConfigManager cf_bin("test.bin");cf_bin.WriteBin(winfo);ServerInfo rbinfo;cf_bin.ReadBin(rbinfo);cout << rbinfo._address << " " << rbinfo._port << " "<< rbinfo._date << endl;// 文本读写ConfigManager cf_text("test.text");cf_text.WriteText(winfo);ServerInfo rtinfo;cf_text.ReadText(rtinfo);cout << rtinfo._address << " " << rtinfo._port << " " <<rtinfo._date << endl;return 0;
}

 
 

stringstream的简单介绍

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在C语言中，如果想要将一个整型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

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。

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;
}

在C++中，可以使用stringstream类对象来避开此问题。

**在程序中如果想使用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，这里主要介绍一下stringstream

stringstream主要可以用来：

1. 将数值类型转化为字符串

#include<sstream>
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;
}

2. 字符串拼接

#include <sstream>
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 sstreamsstream.str("");sstream << "third string";cout << "After clear, strResult is: " << sstream.str() << endl;return 0;
}

3. 序列化和反序列化结构数据

#include <sstream>
struct ChatInfo
{string _name; // 名字int _id;      // idDate _date;   // 时间string _msg;  // 聊天信息
};
int main()
{// 结构信息序列化为字符串ChatInfo winfo = { "张三", 135246, { 2022, 4, 10 }, "晚上一起看电影吧"};ostringstream oss;oss << winfo._name << " " << winfo._id << " " << winfo._date << " "<< winfo._msg;string str = oss.str();cout << str << endl << 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ChatInfo rInfo;istringstream 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;
}

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