C++的 IO 流

目录1. C语言的输入输出2. 流是什么3. CIO流3.1 C标准IO流3.2 C文件IO流3.2.1 二进制读写3.2.2 文本读写4.stringstream简单介绍1. C语言的输入输出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。对输入输出缓冲区的理解可以屏蔽掉低级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。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”。2. 流是什么“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3. CIO流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3.1 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标准库还提供了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。在使用时候必须要包含文件并引入std标准命名空间。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。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中对位置位置1程序继续。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。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例如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。在线 OJ 中的输入和输出// 单个元素循环输入 while(cina) { // ... } // 多个元素循环输入 while(cabc) { // ... } // 整行接收 while(cinstr) { // ... }ctrl c 暴力结束程序ctrl z \n 可以结束 while(cins)int main() { string str; //istream operator(istream is, string str); while (cin str)//库中的string自定义类型 { cout str endl; } return 0; }cin str 就是 operator(cin, str)上面代码会调用是 string 的流插入运算符重载那么下面方法也可以实现int main() { string str; while (operator(cin,str)) { cout str endl; } return 0; }为什么operator(cin,str) 返回的 istream类型可以给while判断这里发生了隐式类型转换。类型转换内置类型之间相近类型可以转换没有关联的类型可以通过构造函数转换实现内置类型 - 自定义类型 或 自定义类型- 自定义类型operator type()这里我们介绍一下operator type()可以实现自定义类型 - 内置类型的转换。while(cinstr) 就是这个方法。仿函数是这样写的class A{ bool operator() {} };要把 istream 类型转换为 bool 类型C11库中提供了重载类型转换这样的方法。class A{ operator bool() { //条件 ctrl z \n 返回false return true; } }; int main() { //bool 整形 指针 //istream 可以隐式类型转换为bool A a; bool i a; cout i endl; return 0; }同理把 A 换成 isteam 就可以实现括号内不需要有参数。sync_with_stdio是 C 标准库中 std::ios_base 类的静态成员函数用于同步 C 的输入输出流cin、cout、cerr、clog、wcin 等与 C 标准 I / O 函数printf、scanf、getchar、puts 等。主要作用默认情况下sync_with_stdio(true)C 流与 C 标准 I / O 共享同一个底层缓冲区cin / cout 和 scanf / printf 可以混合使用且顺序符合预期不会出现数据错乱。关闭同步sync_with_stdio(false)C 流将拥有独立的缓冲区不再与 C 标准 I / O 同步。这样能大幅提升 cin / cout 的性能但不能混用 printf / scanf 等 C 风格 I / O否则可能导致未定义行为。开同步默认安全但慢允许混用cin/cout与scanf/printf。关同步快但危险不能混用两种 I/O 风格。int main() { int i 0; int j 0; cin i; scanf(%d, j); //兼容 //调用 sync_with_stdio(false) 可以取消c与c的兼容性速度会变快 cin.sync_with_stdio(false); cout.sync_with_stdio(false); cout i endl; cout j endl; return 0; }3.2 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)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关闭文件这里箭头指的是继承关系可以看出这里有一个菱形继承所以 fstream 有 ifstream 和 ofstream 的功能stringstream 有 istringstream 和 ostringstream 的功能。C 中 fprintf 和 fscanf只能针对内置类型 能更好的应对内置类型和自定义类型。我们使用 Data 类 和 ServerInfo 来介绍如何写入和读出文件。class Date { public: Date(int y 1, int m 1, int d 1) :_year(y) , _month(m) , _day(d) { }; friend ostream operator(ostream out, const Date date); friend istream operator(istream in, Date data); private: int _year; int _month; int _day; }; //ofs winfo._date ostream operator(ostream out,const Date date) { out date._year date._month date._day; return out; } istream operator(istream in, Date date) { in date._year date._month date._day; return in; } struct ServerInfo { //char _address[32]; string _address;//会有问题后面讲解 double _x ; Date _date; };out 和 in 是相对内存来说的所以ofstream就是写入文件ifstream就是读出方法下面是参数定义第一个参数是文件名第二个参数是写入读取方式在父类中定义的由于继承关系子类也能调用这些方式分别使用不同的二进制所以可以按位或到一起。 binary 二进制方式。ate(at end)打开后立即将文件位置指针定位到末尾- 初始读写位置在文件尾- 可以通过seek函数重新定位到文件中间或开头- 不影响文件原有内容app(append)每次输出操作前自动将位置指针移到末尾- 所有写入都追加在文件末尾- 通常无法通过seek改变写入位置标准规定写入前总是移到末尾- 读取操作可能受限取决于是否同时指定intrunc(truncate)打开文件时清空其原有内容- 若文件已存在其内容被丢弃长度变为 0- 通常与out结合使用如out | trunc- 不影响位置指针的初始位置一般是开头3.2.1 二进制读写class BinIO { public: BinIO(const char* filename info.bin) :_filename(filename) { } //winfo是文件内容 void Write(const ServerInfo winfo) { //创建一个写入对象ofstream 是一个类可以不用主动调用close ofstream ofs(_filename,ofstream::out|ofstream::binary); //因为需要的是char*类型的指针 写入 ofs.write((char*)winfo, sizeof(winfo)); } void Read(ServerInfo rinfo) { ifstream ifs(_filename, ifstream::in | ifstream::binary);//读对象 ifs.read((char*) rinfo, sizeof(rinfo));//读 } private: string _filename; };读写操作写 int main() { ServerInfo winfo { 192.0.0.1,12.13,{2022,4,10} }; BinIO bin; bin.Write(winfo); return 0; }二进制方式写数据读写文件使用容器需要注意string VS2022 下有buffer短的可以存如果string内容过长会在堆区开辟空间会再存一个地址 不同进程中这个main 执行完string中的_ptr 释放 之后其他进程再读就会找不到内容是野指针发生了浅拷贝同一进程不会有问题。读 int main() { ServerInfo rinfo; BinIO bin; bin.Read(rinfo); cout rinfo._address endl; cout rinfo._date endl; cout rinfo._x endl; return 0; }3.2.2 文本读写文本读写优点是都是字符串可以看懂但缺点是需要转换C提供了转为为字符串的函数但一个个调用还是太麻烦了C已经提供了流插入提取可以直接使用。class TxtIO { public: TxtIO(const char* filename info.txt) :_filename(filename) { } void Write(const ServerInfo winfo) { // ofstream::out 不用写了因为有缺省值//创建一个写入对象 不用加二进制 ofstream ofs(_filename); //会调用 自定义类型 的operator 因为 ofstream 继承 ostream ofs winfo._address endl;//通过流插入提取 ofs winfo._date endl; ofs winfo._x endl; } void Read(ServerInfo rinfo) { // ifstream::in 读对象 ifstream ifs(_filename); //流提取默认 空格 换行 是 分割 有也有getline获取定义分割符 ifs rinfo._address; ifs rinfo._date; ifs rinfo._x; } private: string _filename; };我们可以直接使用提供的流方式读写但是要注意空格和换行是分隔符。4.stringstream简单介绍在C语言中如果想要将一个整形变量的数据转化为字符串格式如何去做使用 itoa() 函数使用 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);//格式不匹配 return 0; }下图是ostringstreamistringstream也大致相同在C中可以使用stringstream类对象来避开此问题。在程序中如果想要使用stringstream必须要包含头文件 sstream。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本文主要介绍stringstream。stringstream主要可以用来将数值类型数据格式化为字符串字符串拼接序列化和反序列化结构数据序列化信息转换为字符串。反序列化字符串转换为信息struct ChatInfo { string _name; int _id; Date _date; string _msg; }; stringstream 有 istringstream 和 ostringstream的功能 int main() { ChatInfo winfo { 张三,2321,{2026,5,9},晚上一起看电影 }; stringstream oss; oss winfo._name endl; oss winfo._id endl; oss winfo._date endl; oss winfo._msg endl; string str oss.str(); cout str endl; ChatInfo rinfo; stringstream 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。可以使用s.str()将让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更安全#include sstream #include iostream using namespace std; int main() { stringstream ss; int num; // 1. 第一次转换将字符串 123 转为 int ss 123; ss num; // 读取成功num 123 cout 第一次 num: num endl; // 2. 第一次转换后流指针已经到了末尾触发了 eofbit状态变坏 // 此时如果直接塞入新数据下面这行是无效的 ss 456; // ❌ 因为流状态是坏的这行写入失败 // 3. 很多人会立刻调用 clear() 来恢复状态 ss.clear(); // ✅ 现在状态恢复正常goodbit ss num; // 再次尝试读取猜猜 num 是多少 cout 第二次 num: num endl; // 输出结果第二次 num: 123 震惊因为底层还存着旧的 123456 return 0; }本篇结束