一、C语言的输入与输出

1、介绍

• C语言中的输入与输出（I/O）流主要通过标准库中的几个函数来实现，这些函数允许程序从外部设备（如键盘、文件等）读取数据，并将数据输出到外部设备（如显示器、文件等）。
• C语言的这些输入与输出操作都借助了相应的缓冲区。

2、输入输出缓冲区

（1）介绍

• C语言的输入输出缓冲区是处理输入输出操作的一个重要概念。它位于用户程序与操作系统之间，用于暂存输入输出数据，以减少直接对物理设备的读写次数，从而提高程序的运行效率。

（2）示意图

二、流

1、介绍

• 在编程中，流（Streams）是一个抽象的概念，用于表示数据的有序集合，这些数据可以是输入到程序中的，也可以是程序生成的输出。
• 流提供了一种连续访问数据的机制，而不需要一次性将整个数据集加载到内存中。这种方式特别适用于处理大量数据或需要实时处理数据的情况。

2、主要特点

• 顺序性：流中的数据项是按顺序排列的，通常只能按顺序访问。
• 单向性：流是单向的，即数据只能从一个方向流动。
• 抽象性：流是对数据源的抽象，它隐藏了数据的实际来源或目的地。程序通过流接口与数据源进行交互，而不需要关心数据的具体存储方式或位置。
• 灵活性：流支持多种数据类型和编码方式，可以轻松地处理文本、二进制数据、图像等多种类型的数据。
• 缓冲：为了提高性能，流通常使用缓冲区来暂存数据。数据可以分批从数据源读取到缓冲区中，然后再从缓冲区中读取到程序中，或者相反，数据可以先写入缓冲区，然后再批量写入到目标中。

三、C++IO流

1、介绍

• 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。

2、示意图

四、iostream

1、介绍

• 在C++中，iostream是一个非常重要的库，它提供了用于输入输出的功能。
• iostream库中的类，特别是istream、ostream和iostream（以及它们的派生类，如cin、cout、ifstream、ofstream和fstream），是C++标准库的一部分，用于处理字符数据的输入和输出。

2、基本概念

• cin：一个istream类的对象，用于从标准输入（通常是键盘）读取数据。
• cout：一个ostream类的对象，用于向标准输出（通常是屏幕）写入数据。
• cerr和clog：两个都是ostream类的对象，分别用于错误消息和日志消息的输出。它们与cout的主要区别在于，cerr是不经过缓冲的（即立即输出），而clog是缓冲的，并且默认与cout共享同一个缓冲区，但可以通过 clog.sync_with_stdio(false); 来取消这种共享。

3、注意

• 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，则会留在那儿慢慢用。而如果输入错了，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。
• 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），程序依然继续执行。
• 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。除非使用getline函数。
• cin和cout可以直接输入和输出内置类型数据，因为标准库已经将所有内置类型的输入和输出全部重载了。
• 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。

五、类型转换

1、operator bool

（1）介绍

• 在C++中，operator bool() 是一个类型转换操作符（也称为转换函数或转换操作符），它允许你的类对象在需要布尔值时被隐式或显式地转换成布尔类型（bool）。
• 这种转换常用于控制流语句（如if语句、while循环等）中，以及任何期望布尔表达式的上下文中。
• 当定义operator bool()时，通常会让它在对象处于某种有效或非空状态时返回true，在其他情况下返回false。
• 这个操作符应该被声明为const，因为它不应该修改对象的状态。

（2）示例

（3）示例代码1

class TestOpBl
{
public:operator bool(){return _isValid;}private:bool _isValid = true;
};int main()
{TestOpBl ob;if (ob)cout << "test true" << endl;return 0;
}

2、构造函数

class A
{
public:A(int x){}
};class B
{
public:B(const A& a){}
};class C
{
public:operator int(){return 0;}
};int main()
{A a = 1;B b = a;C c;int x = c;return 0;
}

3、C++类型转换

• 参见类型转换与RTTI。

六、文件IO流（fstream）

1、介绍

• C++中的文件IO（输入输出）流是通过C++标准库中的< fstream >头文件提供的。这个头文件包含了用于文件操作的类，如ifstream（用于从文件读取）、ofstream（用于向文件写入）和fstream（既可以读取也可以写入文件）。
• 这些类都是基于C++的IO流库构建的，它们继承自istream和ostream类，因此可以使用与标准输入输出（cin和cout）相同的操作符和方法。

2、示例

3、参数mode

• mode是描述文件请求的I/O模式的标志。它是位掩码成员类型openmode的对象，由以下成员常量的组合组成。
• in：即input，文件打开读取，内部流缓冲区支持输入操作。
• out：即output，文件打开写入，内部流缓冲区支持输出操作。
• binary：操作以二进制模式而不是文本模式执行。
• ate：即at end，输出位置从文件末尾开始。
• app：即append，所有输出操作都发生在文件末尾，附加到其现有内容中。
• trunc：即truncate，文件打开前存在的任何内容都将被丢弃。
• 这些标志可以与位或运算符（|）组合使用，即使用多种。

4、二进制方式读写

（1）示例代码

struct ServerInfo
{char _name[64];char _address[128];int _id;Date _d;
};class BinaryIo
{
public:BinaryIo(const char* name = "binaryio.bin"):_name(name){}void WriteInfo(const ServerInfo& info){ofstream ofs(_name, ios_base::out | ios_base::binary);ofs.write((char*)&info, sizeof(info));}void ReadInfo(ServerInfo& info){ifstream ifs(_name, ios_base::in | ios_base::binary);ifs.read((char*)&info, sizeof(info));}private:string _name;
};void TestBinaryIoWrite()
{BinaryIo bio;ServerInfo sif = { (char*)"snowdragon",  "https://legacy.cplusplus.com/reference/fstream/ifstream/ifstream/", 123456, {2024,8,14}};bio.WriteInfo(sif);
}void TestBinaryIoRead()
{BinaryIo bio;ServerInfo sif;bio.ReadInfo(sif);cout << sif._name << endl;cout << sif._address << endl;cout << sif._id << endl;cout << sif._d << endl;
}void TestBinaryIo()
{//TestBinaryIoWrite();TestBinaryIoRead();
}

（2）运行结果

（3）注意

• ServerInfo类中的成员不能用指针，否则输出到文件中时，内容只是指针指向的地址。如果写入和获取使用数据的程序不在同一作用域中，则指针类型的成员指向的对象会进行析构，而要取出对应数据时，就是越界访问。
• 容器也不行，例如string容器，其中是由指针指向地址的方式维护的，输出时也是指针指向的地址而不是内容。

5、文本方式读写

（1）示例代码

class TextIo
{
public:TextIo(const char* name = "textio.txt"):_name(name){}void WriteInfo(const ServerInfo& info){ofstream ofs(_name, ios_base::out);ofs << info._name << endl;ofs << info._address << endl;ofs << info._id << endl;ofs << info._d << endl;}void ReadInfo(ServerInfo& info){ifstream ifs(_name, ios_base::in);ifs >> info._name;ifs >> info._address;ifs >> info._id;ifs >> info._d;}private:string _name;
};void TestTextIoWrite()
{TextIo tio;ServerInfo sif = { (char*)"snowdragon",  "https://legacy.cplusplus.com/reference/fstream/ifstream/ifstream/", 123456, {2024,8,14} };tio.WriteInfo(sif);
}void TestTextIoRead()
{TextIo tio;ServerInfo sif;tio.ReadInfo(sif);cout << sif._name << endl;cout << sif._address << endl;cout << sif._id << endl;cout << sif._d << endl;
}void TestTextIo()
{//TestTextIoWrite();TestTextIoRead();
}

（2）运行结果

七、stringstream

1、介绍

• stringstream是一种内存中的输入输出流（I/O stream），它允许使用者像操作文件流（如ifstream和ofstream）那样，在内存中读写字符串。这使得stringstream成为处理字符串数据时的强大工具，尤其是在需要格式化字符串、解析字符串或进行复杂的数据转换时。

2、主要特点

• 内存中的字符串流：stringstream在内存中操作，不直接与文件或其他外部设备交互。
• 输入/输出功能：它既可以作为输入流（使用>>操作符）读取数据，也可以作为输出流（使用<<操作符）写入数据。
• 灵活的数据处理：可以轻松地在各种数据类型之间转换，包括基本数据类型（如int、float和double等）和字符串。

3、示例代码

struct ChatInfo
{string _name;string _id;Date _d;string _msg;
};void test_stringstream()
{stringstream oss;ChatInfo wci = { "snowdragon", "123456", {2024,8,15}, "writed by snowdragon" };oss << wci._name << endl;oss << wci._id << endl;oss << wci._d << endl;oss << wci._msg << endl;//可进行传输操作ChatInfo rci;stringstream iss(oss.str());iss >> rci._name;iss >> rci._id;iss >> rci._d;iss.ignore();getline(iss, rci._msg);cout << "-------------------------------------------------------" << endl;cout << "姓名：" << rci._name << "(" << rci._id << ") ";cout << rci._d << endl;cout << rci._name << ":>" << rci._msg << endl;cout << "-------------------------------------------------------" << endl;
}int main()
{test_stringstream();return 0;
}

4、运行结果

5、注意

• 上方代码中的ignore函数需要加上，否则该处下方的getline函数只是获取换行符 \n。上一个 >> 操作只是识别到换行符就结束，而不会跳过换行符。最终getline获取到 \n，并把 \n转化为了\0给rci._msg。
• 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。
• 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。
• 可以使用s. str(“”)方法将底层string对象设置为空字符串。使用s.str()让stringstream返回其底层的string对象。
• 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，也更安全。

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