8-流类库与输入输出

[TOC]

8.1 IO流类

流：一种抽象，负责建立数据之间的联系，并操作数据的流动

程序将流对象看作文件对象的化身

数据从一个地方传输到另一个地方都是流操作

提取：读操作
插入：写操作

8.1.1 抽象流基类

类名	说明	所属文件
`ios`	流基类	`ios`

8.1.2 输入流类

类名	说明	所属文件
`istream`	通用输入流类和其他输入流类的基类	`istream`
`ifstream`	文件输入流类	`fstream`
`istringstream`	字符串输入流类	`sstream`

8.1.3 输出流类

类名	说明	所属文件
`ostream`	通用输出流类和其他输出流类的基类	`ostream`
`ofstream`	文件输出流类	`fstream`
`ostringstream`	字符串输出流类	`sstream`

8.1.4 输入输出流类

类名	说明	所属文件
`iostream`	通用输入输出流类和其他输出流类的基类	`istream`
`fstream`	文件输入输出流类	`fstream`
`stringstream`	字符串输入输出流类	`sstream`

8.2 C++标准输出

很多操作符在 ios_base 和 iomanip 头文件都有定义，使用时包含二者即可

`>>`

默认以空白符为间隔符输出

`<<`

默认以空白符为间隔符输入

8.2.1 cout 输出流

操作符	描述
ws	提取空白符
endl	插入换行符并刷新流
ends	插入空字符
setw(int)	设置域宽
setprecision(int)	设置浮点数小数位数(包含小数点)

1 2	cout << setw(5) << setprecision(3) << 3.1415 << endl; //设置域宽为5，小数点后保留两位有效小数

setw() 函数会用当前的填充字符控制对齐位置，默认的填充字符是空格

可以通过 <iomanip> 的 setfill 来设置填充字符

#include <iomanip>
#include <iostream>

using namespace std;

int main(void) {
    cout << setfill('0') << setw(10) << 45698 << endl;//0000045698

    return 0;
}

CPU所执行的指令并不对操作数的类型加以区分，对各个操作数都执行相同的操作，编译器根据变量的数据类型选择合适的指令

符号扩展：有符号数据类型，用符号位扩展
0扩展：无符号数据类型，用0填充

8.2.2 I/O格式化输出

cout 是 STL 库提供的一个 iostream 实例，拥有 ios_base 基类的全部函数和成员数据

进行格式化定义可以使用 setf 或 unsetf 函数和 flag 函数

cout 维护一个当前的格式状态
setf 和 unsetf 是在当前的格式状态上追加或删除指定的格式
flag 则是将当前格式状态全部替换成指定的格式

操作符名	含义
`ios_base::skipws`	跳过空白
`ios::dec`	数值类型采用十进制表示
`ios::hex`	数值类型采用十六进制表示
`ios::oct`	数值类型采用八进制表示
`ios::showbase`	为整数添加一个表示其进制的前缀
`ios::internal`	在符号位和数值中间按需插入字符，使两端对齐
`ios::left`	在串的末尾插入填充字符使串左对齐
`ios::right`	在串的末尾插入填充字符使串右对齐
`ios::boolalpha`	将 `bool` 类型的值以 `true` 或 `false` 表示
`ios::fixed`	将浮点数按照普通定点格式处理(非科学计数法)
`ios::scientific`	将浮点数按科学计数法处理(带指数域)
`ios::showpoint`	在浮点数表示的小数中强制插入小数点(默认情况下浮点数表示的整数不显示小数点)
`ios::showpos`	强制在正数前添加 `+`
`ios::skipws`	忽略前导空格，主要用于 `cin`
`ios::unitbuf`	在每次输出后清空缓存
`ios::uppercase`	强制大写字母

以上每种格式都独立占用一bit，可以用 | 运算符组合使用，调用 setf/unsetf 设置输出格式一般用法

setf 可接受一个或两个参数

cout.setf(指定格式);
cout.setf(指定格式,删除的格式);

1 2	cout.setf(ios::right \| ios::hex);//设置十六进制右对齐 cout.setf(ios::right ,ios::adjustfield);//取消其他对对齐，设置为右对齐

以预定义的bit组合位

ios::adjustifield 对齐格式的bit组合位
ios::basefield 进制的bit组合位
ios::floatfield 浮点表示方式的bit组合位

设置格式后，之后所有的 cout 都会按照指定的格式状态执行

如果在一次输出过程中需要混在多种格式，使用 cout 的成员函数来处理就很不方便了，STL 提供了一套 <iomanip> 库可以满足这种使用方式

<iomanip> 库中将每一种格式的设置和删除都进行了函数级的同名封装，比如 fixed ，就可以将一个ostream的对象作为参数，在内部调用 setf(ios::fixed) 后再返回原对象。此外 <iomanip> 还提供了setiosflags、setbase、setfill、setw、setprecision等方便的格式控制函数。大多数示例代码都会使用到，因此默认包含的头文件均为：

1 2	#include <iomanip> #include <iostream>

缩进

将输出内容按指定的宽度对齐

#include <iomanip>
#include <iostream>

using namespace std;

int main(void) {
    cout.flags(ios::left); //左对齐
    cout << setw(10) << -456.98 << "The End" << endl;
    cout.flags(ios::internal); //两端对齐
    cout << setw(10) << -456.98 << "The End" << endl;
    cout.flags(ios::right); //右对齐
    cout << setw(10) << -456.98 << "The End" << endl;

    return 0;
}

#include <iomanip>
#include <iostream>

using namespace std;

int main(void) {
    cout << left << setw(10) << -456.98 << "The End" << endl; //左对齐
    cout << internal << setw(10) << -456.98 << "The End" << endl; //两端对齐
    cout << right << setw(10) << -456.98 << "The End" << endl; //右对齐

    return 0;
}

对齐方式

默认为右对齐 setiosflags

# include<iostream>
# include<iomanip>

cout << setiosflags(ios_base::left) << <<resetiosflags(ios_base::left);
//setiosflags的影响是持久的，直到遇到resetiosflags
//需要使用iostream基类的类，需要作用域分辨符::
//setiosflags的其他成员可以由 “|” 自由组合

整数

#include <iomanip>
#include <iostream>

using namespace std;

int main(void) {
    cout.setf(ios::showpos | ios::uppercase);
    cout << showbase << hex << setw(4) << 12 << setw(12) << -12 << endl;
    cout << showbase << dec << setw(4) << 12 << setw(12) << -12 << endl;
    cout << showbase << oct << setw(4) << 12 << setw(12) << -12 << endl;
        
    cout.unsetf(ios::showpos | ios::uppercase);
    cout << noshowbase << hex << setw(4) << 12 << setw(12) << -12 << endl;
    cout << noshowbase << dec << setw(4) << 12 << setw(12) << -12 << endl;
    cout << noshowbase << oct << setw(4) << 12 << setw(12) << -12 << endl;

    return 0;
}

由于 <iomanip> 的 setbase() 函数设置整数进制反而比上述方法还复杂，所以除非特殊的代码规范要求，一般不建议使用

小数

分为两种：

定点表示 ios::fixed ，不带指数域
科学计数法表示 ios::scientific 带指数域

与 <iomanip> 的 setprecision 配合使用，可以指定小数点后保留位数

#include <iomanip>
#include <iostream>

using namespace std;

int main(void) {
    cout.setf(ios::fixed);
    cout << setprecision(0) << 12.05 << endl;
    cout << setprecision(1) << 12.05 << endl;
    cout << setprecision(2) << 12.05 << endl;
    cout << setprecision(3) << 12.05 << endl;

    cout.setf(ios::scientific, ios::floatfield);
    cout << setprecision(0) << 12.05 << endl;
    cout << setprecision(1) << 12.05 << endl;
    cout << setprecision(2) << 12.05 << endl;
    cout << setprecision(3) << 12.05 << endl;

    return 0;
}

有时因为机器表示浮点数的舍入误差，需要手动修正

#include <iomanip>
#include <iostream>

using namespace std;

int main(void) {
    cout << fixed << setprecision(1) << 2.05 << endl;//2.0
    cout << fixed << setprecision(1) << 2.05 + 1e-8 << endl;//2.1

    return 0;
}

字符串

字符串的输出处理主要是对齐，

字符串的输入方法

getline() 会读取屏幕上输入的字符，直至遇到换行符 \n 位置

getline(指定输入流,指定一个string对象)
getline(指定输入流,指定一个string对象,指定的结束字符)

getline 不会读入结束符号，读取指针会跳转至下一个非结束字符处

#include <iomanip>
#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

int main(void) {
    string str1, str2;
    getline(cin, str1);

    cin >> str2;
    cout << str1 << endl << str2 << endl;

    return 0;
}

输入：

abc
abc

结果：

abc
abc

缓冲区

由于调用系统函数在屏幕上逐个显示字符是很慢的，因此cin/cout为了加快速度使用缓冲区技术，粗略的讲就是暂时不输出指定的字符，而是存放在缓冲区中，在合适的时机一次性输出到屏幕上

如果要和C标准库的stdio库函数混合使用就必须要小心的处理缓冲区了

如果要与scanf和printf联合使用，务必在调用cout前加上cout.sync_with_stdio()，设置与stdio同步，否则输出的数据顺序会发生混乱。

flush和endl都会将当前缓冲区中的内容立即写入到屏幕上，而unitbuf/nounitbuf可以禁止或启用缓冲区。

#include <iomanip>
#include <iostream>

using namespace std;

int main(void) {
    cout << 123 << flush << 456 << endl;
    cout << unitbuf << 123 << nounitbuf << 456 << endl;
    return 0;
}

8.3 输出流

输出到流对象

ostream：向标准设备输出
cout：标准输出流(向屏幕输出)
cerr：不经过缓冲区直接向显示器输出提示
clog：先把信息放在缓冲区，缓冲区满或遇到 endl 时向显示器输出
ofstream ：支持磁盘文件输出
ostringstream

8.3.1 文件输出流对象

构造

使用默认构造函数，然后调用 open() 成员函数

1 2	ofstream myfile; mfile.open("filename");

调用有参构造函数初始化

1	ofstream myFile("fliename");

同一个文件流对象可以打开不同文件

ofstream file;
file.open("File1");
...
file.close();
file.open("File2");
...
file.close();

成员函数

`open()`

1 2	ofstream myfile; myfile.open("test.txt",ios_base::out\|ios_base::app);

标志	功能
`ios_base::binary`	以二进制打开文件
`ios_base::in`	打开一个输入文件
`ios_base::out`	打开一个输出文件,默认此模式
`ios_base::trunc`	打开文件并格式化；默认的文件打开模式：若指定了`ios_base::out` ，但未指定`ios_base::ate`、`ios_base::app`
`ios_base::app`	打开输出文件在末尾添加数据

`ios_base::ate`	打开现存文件并查找到结尾

`close()`

关闭与一个文件疏忽流关联的文件

`put()`

输出一个字符

1 2	cout.put('A'); cout << 'A';

`write()`

将内存中的一块内容以字节为单位写到文件输出流中
arg1：文件写首地址
arg2：待写入数据的字节数
遇空格不停止

# include<fstream>

using namespace std;

struct Data{
	char month,day,year;//会出现乱码
};

int main(){
	Data dt = {'6','10','92'};
	ofstream file("data.doc",ios_base::binary);
	
	file.write(reinterpret_cast<char*>(&dt),sizeof(dt));//使用指针转换，不保证全部内容都输出到文件中
	file.close();
	
	return 0;
}

错误处理函数

函数	功能及返回值
bad	出现不可恢复的错误，返回非0值
fail	出现不可恢复的错误或者一个预期条件，返回非0值
eof	遇文件尾，返回非0值

二进制输出文件

使用二进制模式，所写的字符是不转换的

#include <fstream>
#include <iostream>
using namespace std;
 
int main (){
   char data[100];
 
   // 以写模式打开文件
   ofstream outfile;
   outfile.open("afile.dat",ios_base::binary);
 
   cout << "Writing to the file" << endl;
   cout << "Enter your name: "; 
   cin.getline(data, 100);
 
   // 向文件写入用户输入的数据
   outfile << data << endl;
 
   cout << "Enter your age: "; 
   cin >> data;
   cin.ignore();
   // 再次向文件写入用户输入的数据
   outfile << data << endl;
 
   // 关闭打开的文件
   outfile.close();
 
   // 以读模式打开文件
   ifstream infile; 
   infile.open("afile.dat"); 
 
   cout << "Reading from the file" << endl; 
   infile >> data; 
 
   // 在屏幕上写入数据
   cout << data << endl;
   
   // 再次从文件读取数据，并显示它
   infile >> data; 
   cout << data << endl; 
 
   // 关闭打开的文件
   infile.close();
 
   return 0;
}

文件输出流

ostringstream 表示一个字符串的输出流

重载格式：

一个参数：表示打开方式
两个参数：(字符串的初始化内容,打开方式)

#include<iostream>
#include <sstream> 
using namespace std;

int main(){
	string test = "-123 9.87 welcome to, 989, test!";
	istringstream iss;//istringstream提供读 string 的功能
	iss.str(test);//将 string 类型的 test 复制给 iss，返回 string对象
    
	string s;
	cout << "按照空格读取字符串:" << endl;
	while (iss >> s){
		cout << s << endl;//按空格读取string
	}
	cout << "*********************" << endl;
 
	istringstream strm(test); 
	//创建存储 test 的副本的 stringstream 对象
	int i;
	float f;
	char c;
	char buff[1024];
 
	strm >> i;
	cout <<"读取int类型："<< i << endl;
	strm >> f;
	cout <<"读取float类型："<<f << endl;
	strm >> c;
	cout <<"读取char类型："<< c << endl;
	strm >> buff;
	cout <<"读取buffer类型："<< buff << endl;
	strm.ignore(100, ',');
	int j;
	strm >> j;
	cout <<"忽略‘，’读取int类型："<< j << endl;
 
	system("pause");
	return 0;
}

8.3.2 输入流

从流对象中输入内容

ifstream myFile;
myFile("filename");
===========================
ifstream myFile("filename");

成员函数

`get()`

读入一个字符，包括空白符

# include<iostream>

using namespace std;

int main(){
	char ch;

	while((ch = cin.get()) != EOF)
		cout.put(ch);
		
	return 0;
}

`getline()`

getline(输入流,char *s,char ch)

读取至分割符，读取完删除分隔符

# include<iostream>

using namespace std;

int main(){
	string line;
	char t;

	cin >> t;//以t指定的分割符，从line中读取一行字符
	getline(cin,line,t);
	cout << line << endl;
		
	return 0;
}

`open()`

格式	功能
ios_base::in	打开文件用于输入
ios_base::binary	以二进制文件打开

`close()`

关闭指定输入文件

`read()`

从文件中读字节到指定存储器

read(存储首地址,指定字节数)

读入结束：

文件结束
在文本模式遇到结束标识符

# include<iostream>
# include<fstream>
# include<cstring>

using namespace std;

struct SalaryInfo{
	char id[10];
	char salary[10];
};

int main(){
	SalaryInfo employee1 = {'60001','8000'};
	ofstream os("Payroll.txt",ios_base::out|ios_base::binary);
	os.write(reinterpret_cast<char *>(& employee1),sizeof(employee1));
	os.close();	
	
	ifstream is("Payroll.txt",ios_base::in|ios_base::binary);
	if(is){
		SalaryInfo employee2;
		is.read(reinterpret_cast<char *>(& employee2),sizeof(employee2));
		cout << employee2.id << " " << employee2.salary << endl;
	}
	else
		cout << "Error" << endl; 
	
	is.close();
	
	return 0;
}

字符串输入流应用

字符串转换为数值

# include<iostream>
# include<sstream>
# include<string>

using namespace std;

template<class T>//函数模板，出现<内容>的地方都用T代替 
inline T fromString(const string &str){
	istringstream is(str);
	T v;
	is >> v;

	return v;
}

int main(){
	int v1 = fromString<int>("5");
	cout << v1 << endl;

	double v2 = fromString<double>("1.2");
	cout << v2 << endl;
	
	return 0;	
}

数值转字符串

# include<iostream>
# include<sstream>
# include<string>

using namespace std;

template<class T>
inline string toString(const T &v){
	ostringstream os;
	os << v;

	return os.str();
}

int main(){
	string str1 = toString(5);
	cout << str1 << endl;
	string str2 = toString(1.2);
	cout << str2 << endl;
	
	return 0;
}

seekg(),tellg()

在文件输入流中，保留着一个指向文件中下一个将读入数据的位置的内部指针，用seekg设置指针

seekg(偏移量,基地址);：文件定位

偏移量：正值表示向后偏移；负值表示向前偏移
基地址：
ios::beg：输入流的开始位置
ios::cur ：输入流的当前位置
ios::end：输入流的结束位置

tellg() ：返回当前定位指针的位置

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <cassert>

using namespace std;

int main(){
    ifstream in("test.txt");
    assert(in);
   
    in.seekg(0,ios::end);//基地址为文件结束处，偏移地址为0，于是指针定位在文件结束处
    streampos sp=in.tellg(); //sp为定位指针，因为它在文件结束处，所以也就是文件的大小
    cout << "file size:" << sp << endl << "====" << endl;
	in.seekg(0,ios::beg);//基地址为文件头，偏移量为0，于是定位在文件头
    cout << in.rdbuf() << endl;//从头读出文件内容
	cout << "=========" << endl;

    in.seekg(-sp/3,ios::end);  //基地址为文件末，偏移地址为负，于是向前移动sp/3个字节
    sp = in.tellg();
    cout << "from file to point:" << sp << endl << "========";
    in.seekg(sp);
    cout << in.rdbuf() << endl; //从sp开始读出文件内容

    return 0;
}