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十二、IO流

十二、IO流 在C++中，IO流（Input/Output Streams）是一个强大的特性，它允许程序以灵活和高效的方式处理数据的输入输出。这些流包括标准输入输出流（如 std::cin和 std::cout），文件流（如 std::ifstream和 std::ofstream），以及字符串流（如 std::istringstream和 std::ostringstream）等。

虽然C语言没有内置的IO流机制，但C++通过继承C语言的I/O库（如stdio.h中的函数）并扩展其功能，引入了IO流库。C++的IO流库提供了面向对象的接口，使得处理输入输出变得更加灵活和强大。

C++ IO流与C语言I/O的区别

  • 类型安全：C++的IO流是类型安全的，它们可以自动处理数据类型之间的转换，并能够在编译时检查潜在的错误。而C语言的I/O函数（如printf和scanf）需要程序员手动指定格式字符串，这可能导致运行时错误。
  • 面向对象：C++的IO流是面向对象的，它们封装了数据和控制逻辑，并提供了丰富的成员函数来执行各种操作。相比之下，C语言的I/O函数是过程式的，它们不直接支持面向对象编程的特性。
  • 灵活性：C++的IO流库非常灵活，它支持链式操作、插入器和提取器（inserters and extractors），以及自定义类型的流插入和提取。这使得C++程序能够更轻松地处理复杂的数据结构和自定义类型。

示例：C++ IO流的使用

下面是一个简单的C++程序，它演示了如何使用标准输出流std::cout来打印一条消息：

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制
#include <iostream>

int main() {
    std::cout << "Hello, World!" << std::endl;
    return 0;
}

对于文件IO，C++提供了std::ifstream（用于从文件读取数据）和std::ofstream（用于向文件写入数据）等类。以下是一个使用std::ofstream向文件写入数据的示例：

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制
#include <fstream>
#include <iostream>

int main() {
    std::ofstream file("example.txt");
    if (file.is_open()) {
        file << "This is a line.\n";
        file << "This is another line.\n";
        file.close();
    } else {
        std::cerr << "Unable to open file";
    }
    return 0;
}

在这个例子中，我们创建了一个std::ofstream对象file，并使用它来打开（如果不存在则创建）一个名为example.txt的文件。然后，我们使用插入操作符<<向文件写入两行文本，并在完成后关闭文件。

总的来说，C++的IO流提供了一种比C语言I/O函数更强大、更灵活且更易于使用的数据输入输出方式。

C++标准流

C++标准流是C++语言中的一个重要概念，它指的是数据在内存与外部设备（如键盘、显示器、文件等）之间传输的过程。C++标准流库提供了一套丰富的类和方法，用于实现数据的输入和输出（I/O）操作。

C++标准流的概念

在C++中，数据的输入和输出操作被封装在流（Streams）中。流可以被视为数据流动的通道，数据可以从一个位置流向另一个位置。C++标准流主要包括以下几种类型：

  1. 标准输入流：用于从标准输入设备（通常是键盘）读取数据。在C++中，标准输入流通常通过std::cin对象来表示。
  2. 标准输出流：用于向标准输出设备（通常是显示器）输出数据。在C++中，标准输出流通常通过std::cout对象来表示。
  3. 标准错误流：用于向标准错误设备（通常是显示器）输出错误信息。C++提供了两个标准错误流对象：std::cerr和std::clog。其中，std::cerr是无缓冲的，输出会立即显示在屏幕上，而std::clog是带缓冲的，输出会先存储在缓冲区中，直到缓冲区满或遇到特定的刷新操作才会显示。
  4. 文件流：用于从文件读取数据或向文件写入数据。C++提供了std::ifstream（输入文件流）和std::ofstream（输出文件流）等类来支持文件I/O操作。
  5. 字符串流：用于在内存中的字符串之间进行数据的输入和输出。C++提供了std::istringstream（输入字符串流）和std::ostringstream（输出字符串流）等类来支持串I/O操作。

C++标准流库

C++标准流库是一个庞大的类库，它包含了许多用于实现数据I/O操作的类和对象。这些类和对象被定义在多个头文件中，如<iostream>、<fstream>、<sstream>等。

  1. <iostream>：包含标准输入输出流类（如std::cin、std::cout、std::cerr、std::clog）的定义。
  2. <fstream>：包含文件输入输出流类（如std::ifstream、std::ofstream）的定义。
  3. <sstream>：包含字符串输入输出流类（如std::istringstream、std::ostringstream）的定义。

C++标准流的使用

在C++程序中，使用标准流进行数据的输入输出是非常常见的操作。以下是一些基本的用法示例：

  1. 使用std::cin读取输入：
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#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int number;
    cout << "请输入一个整数：";
    cin >> number; // 从标准输入读取一个整数
    cout << "你输入的整数是：" << number << endl;
    return 0;
}
  1. 使用std::cout输出数据：
代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    cout << "Hello, World!" << endl; // 向标准输出输出字符串并换行
    return 0;
}
  1. 使用文件流进行文件操作：
代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制
#include <fstream>
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    ofstream outFile("example.txt"); // 创建输出文件流对象并打开文件
    if (outFile.is_open()) {
        outFile << "这是一个测试文件。" << endl; // 向文件写入字符串
        outFile.close(); // 关闭文件
    } else {
        cerr << "无法打开文件！" << endl;
    }
    return 0;
}
  1. 使用字符串流进行字符串操作：
代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制
#include <sstream>
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

int main() {
    stringstream ss;
    ss << "123 456"; // 向字符串流中写入字符串
    string str;
    while (ss >> str) { // 从字符串流中读取字符串
        cout << str << endl;
    }
    return 0;
}

综上所述，C++标准流是C++语言中处理数据输入输出操作的重要机制之一。它提供了一套丰富的类和方法，使得数据的输入输出变得简单

标准输入流

标准输入流（Standard Input Stream）在C++中通常指的是std::cin对象，它是istream类的一个实例。std::cin用于从标准输入设备（通常是键盘）读取数据。当程序执行到需要从用户那里获取输入时，它会通过std::cin来接收这些数据。

使用std::cin

使用std::cin时，通常会与输入运算符（>>）一起使用，该运算符是istream类的一个重载运算符，用于从流中提取数据。你可以使用它来读取基本数据类型（如int、float、char等）以及用户自定义类型（如果为这些类型重载了输入运算符）。

示例代码

以下是一个简单的示例，展示了如何使用std::cin从用户那里读取一个整数和一个浮点数：

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int number;
    float pi;

    cout << "请输入一个整数：";
    cin >> number; // 从标准输入读取一个整数

    cout << "请输入π的值（浮点数）：";
    cin >> pi; // 从标准输入读取一个浮点数

    cout << "你输入的整数是：" << number << endl;
    cout << "你输入的π的值是：" << pi << endl;

    return 0;
}

在这个例子中，程序首先打印提示信息，然后等待用户输入。用户输入的数据（在输入回车键之后）会被std::cin捕获，并通过输入运算符（>>）存储到相应的变量中。

注意事项

  • 当使用std::cin读取数据时，如果遇到无法转换为目标类型的数据（如输入非数字字符给int变量），std::cin会进入错误状态，并停止进一步的读取操作。为了恢复std::cin到有效状态，可以使用std::cin.clear()来清除错误状态，并使用std::cin.ignore()来忽略掉导致错误的字符。
  • std::cin默认与标准输入设备（键盘）相关联，但你也可以通过重定向操作（在命令行中使用）来改变它的输入来源，比如从文件读取数据。
  • std::cin是同步的，这意味着它与C语言标准I/O库（如stdio.h中的函数）共享相同的输入缓冲区。但在大多数现代C++实现中，这种同步可能会导致性能下降。如果你确定不需要与C语言标准I/O库交互，可以通过std::ios::sync_with_stdio(false);来禁用这种同步，以提高性能。然而，需要注意的是，禁用同步后，std::cin和C语言标准I/O库之间的交互可能会变得不可预测。

标准输出流

在C++中，标准输出流主要指的是std::cout，它是<iostream>库中定义的一个对象，用于向标准输出设备（通常是屏幕）发送数据。std::cout可以与各种类型的数据一起使用，但当你想要格式化输出时（比如，设置数字的精度、填充字符、对齐方式等），你可以使用std::iomanip库中的操作符或函数来达成。

基本的std::cout使用

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制
#include <iostream>

int main() {
    std::cout << "Hello, World!" << std::endl;
    int number = 42;
    std::cout << "The number is: " << number << std::endl;
    return 0;
}

使用std::iomanip进行格式化输出

为了使用std::iomanip库中的功能，你需要包含<iomanip>头文件。

设置精度
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#include <iostream>
#include <iomanip>

int main() {
    double pi = 3.14159265358979;
    std::cout << std::fixed << std::setprecision(2) << pi << std::endl; // 输出: 3.14
    return 0;
}

注意，std::fixed用于固定浮点数的表示方式（即不使用科学记数法），而std::setprecision(n)用于设置显示的数字精度（小数点后的位数）。

设置宽度和对齐
代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制
#include <iostream>
#include <iomanip>

int main() {
    int num = 42;
    std::cout << std::setw(10) << std::left << num << std::endl; // 输出: 42 (左对齐，总宽度10)
    std::cout << std::setw(10) << std::right << num << std::endl; // 输出:      42 (右对齐，总宽度10)
    return 0;
}

std::setw(n)用于设置下一个输出项的宽度，std::left和std::right分别用于设置左对齐和右对齐。

设置填充字符
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#include <iostream>
#include <iomanip>

int main() {
    int num = 42;
    std::cout << std::setw(10) << std::setfill('*') << std::right << num << std::endl; // 输出: ******42
    return 0;
}

std::setfill(c)用于设置当输出宽度大于内容宽度时，用于填充的字符。

十六进制和八进制输出
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#include <iostream>
#include <iomanip>

int main() {
    int num = 255;
    std::cout << std::hex << num << std::endl; // 输出: ff (十六进制)
    std::cout << std::oct << num << std::endl; // 输出: 377 (八进制)
    std::cout << std::dec << num << std::endl; // 输出: 255 (十进制，std::dec是默认设置，通常可以省略)
    return 0;
}

std::hex、std::oct和std::dec分别用于设置十六进制、八进制和十进制输出。

总结

C++中的std::cout与std::iomanip提供了强大的格式化输出功能，可以满足大多数日常编程需求。通过组合使用这些工具，你可以轻松地控制输出的格式和外观。

操纵符

I/O流操纵符在C++中用于控制输入/输出流的行为，如设置输出格式、忽略输入空白等。

操纵符

含义

示例

std::endl

插入换行符并刷新输出缓冲区

std::cout << "Hello, World!" << std::endl;

std::setprecision(int n)

设置浮点数输出的精度（小数点后的位数）

std::cout << std::setprecision(5) << 3.141592653589793 << std::endl;

std::fixed

以固定的小数点表示法输出浮点数

std::cout << std::fixed << std::setprecision(2) << 3.141592653589793 << std::endl;

std::setw(int n)

设置下一个输出项的最小宽度

std::cout << std::setw(10) << 123 << std::endl;

std::left

设置输出项左对齐（默认是右对齐）

std::cout << std::setw(10) << std::left << 123 << std::endl;

std::right

恢复输出项到默认的右对齐（虽然通常不需要显式使用，因为右对齐是默认设置）

std::cout << std::setw(10) << std::right << 123 << std::endl;

std::setfill(char c)

设置当输出项宽度不足时用于填充的字符

std::cout << std::setw(10) << std::setfill('*') << 123 << std::endl;

std::hex

设置以十六进制形式输出整数

std::cout << std::hex << 255 << std::endl; // 输出 ff

std::oct

设置以八进制形式输出整数

std::cout << std::oct << 20 << std::endl; // 输出 24

std::dec

设置以十进制形式输出整数（默认设置）

std::cout << std::dec << 10 << std::endl; // 输出 10

std::uppercase

设置十六进制输出时字母大写（与std::hex结合使用）

std::cout << std::hex << std::uppercase << 255 << std::endl; // 输出 FF

std::nouppercase

恢复十六进制输出时字母为小写（默认设置）

通常不需要显式使用，因为小写是默认设置

std::showbase

在输出时显示数的基数前缀（如十六进制前的0x，八进制前的0）

std::cout << std::hex << std::showbase << 255 << std::endl; // 输出 0xff

std::noshowbase

取消输出数的基数前缀（默认设置）

通常不需要显式使用，因为不显示基数前缀是默认设置

std::showpoint

强制显示浮点数的小数点，即使小数部分为零

std::cout << std::showpoint << std::fixed << std::setprecision(2) << 3.0 << std::endl; // 输出 3.00

std::noshowpoint

仅当小数部分不为零时才显示浮点数的小数点（默认设置）

通常不需要显式使用，因为这是默认行为

std::showpos

在非负整数前显示+号

std::cout << std::showpos << 10 << std::endl; // 输出 +10

std::noshowpos

不在非负整数前显示+号（默认设置）

通常不需要显式使用，因为这是默认行为

std::skipws

输入时跳过空白字符（默认设置）

通常不需要显式使用，因为这是默认行为

std::noskipws

输入时不跳过空白字符

std::cin >> std::noskipws >> someVariable; // 读取包括空格在内的字符

请注意，使用这些操纵符时，通常需要包含<iomanip>头文件（对于std::setprecision、std::setw、std::setfill

文件流

C++文件流（File Streams）是C++标准库中的一部分，用于文件的输入/输出（I/O）操作。它们提供了一种方便的方式来读写存储在硬盘上的数据。C++中的文件流是通过继承自istream和ostream类的几个类来实现的，这些类专门用于处理文件。

常用的文件流类

  • ifstream（input file stream）：用于从文件读取数据。它是istream的一个派生类。
  • ofstream（output file stream）：用于向文件写入数据。它是ostream的一个派生类。
  • fstream（file stream）：既可以用于读取也可以用于写入文件。它是iostream的一个派生类，结合了ifstream和ofstream的功能。

打开文件

在使用文件流之前，必须先使用其成员函数open()打开文件。如果文件成功打开，open()函数将返回void；如果失败，则可以通过检查流的状态来确定。

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制
#include <fstream>
#include <iostream>

int main() {
    std::ifstream infile;
    std::ofstream outfile;

    // 打开文件以读取
    infile.open("example.txt");
    if (!infile.is_open()) {
        std::cerr << "Unable to open file for reading" << std::endl;
        return 1;
    }

    // 打开文件以写入
    outfile.open("output.txt");
    if (!outfile.is_open()) {
        std::cerr << "Unable to open file for writing" << std::endl;
        infile.close(); // 记得关闭已打开的文件
        return 1;
    }

    // ... 在这里进行读写操作 ...

    // 关闭文件
    infile.close();
    outfile.close();

    return 0;
}

读写文件

文件打开后，可以使用与标准I/O流（std::cin、std::cout、std::cerr）相同的操作符来读写文件。

  • 读取文件：使用>>运算符从ifstream对象读取数据。
  • 写入文件：使用<<运算符向ofstream或fstream对象写入数据。
代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制
// 写入文件
outfile << "Hello, File!" << std::endl;

// 读取文件
std::string line;
while (getline(infile, line)) {
    std::cout << line << std::endl;
}

注意事项

  • 在进行文件操作之前，确保文件路径正确，并且程序有足够的权限访问该文件。
  • 使用完文件后，应调用close()成员函数来关闭文件。虽然当文件流对象被销毁时会自动关闭文件，但显式关闭文件是一个好习惯，特别是在文件打开失败的情况下。
  • 当以写入模式（std::ios::out）打开文件时，如果文件已存在，其内容将被覆盖。如果不想覆盖现有内容，可以使用追加模式（std::ios::app）或同时打开以进行读写（std::ios::in | std::ios::out），但请注意，这会从文件的开头开始读取或写入，而不是追加到文件末尾。
  • 可以通过open()函数的第二个参数来指定文件的打开模式（如只读、只写、追加等）。这些模式是通过std::ios_base类中定义的常量来指定的。

字符串流

在C++中，字符串流提供了一种将输入/输出操作与字符串关联起来的方式，而不是直接与文件或其他物理设备关联。这通过几个特定的类实现，主要是std::istringstream用于从字符串中读取数据，std::ostringstream用于向字符串中写入数据，以及std::stringstream，它是一个更通用的类，可以同时用于读写操作。

std::istringstream

std::istringstream类用于从字符串中读取数据。它提供了与std::istream相似的接口，但数据来源于一个初始化的字符串，而不是文件或其他输入源。

示例代码：

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制
#include <iostream>
#include <sstream>
#include <string>

int main() {
    std::string data = "123 456.789";
    std::istringstream iss(data);

    int intValue;
    double doubleValue;

    iss >> intValue;
    iss >> doubleValue;

    std::cout << "Integer: " << intValue << std::endl;
    std::cout << "Double: " << doubleValue << std::endl;

    return 0;
}

std::ostringstream

std::ostringstream类用于向字符串中写入数据。它提供了与std::ostream相似的接口，但数据被写入到一个内部的字符串对象中，而不是文件或其他输出设备。

示例代码：

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制
#include <iostream>
#include <sstream>
#include <string>

int main() {
    std::ostringstream oss;

    oss << "Hello, " << "World!" << " " << 123;

    std::string result = oss.str(); // 获取字符串流中的字符串

    std::cout << result << std::endl;

    return 0;
}

std::stringstream

std::stringstream类结合了std::istringstream和std::ostringstream的功能，既可以从字符串中读取数据，也可以向字符串中写入数据。

示例代码：

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制
#include <iostream>
#include <sstream>
#include <string>

int main() {
    std::stringstream ss;

    ss << "Hello, " << 123;

    std::string greeting;
    int number;

    ss >> greeting >> number;

    std::cout << "Greeting: " << greeting << std::endl;
    std::cout << "Number: " << number << std::endl;

    return 0;
}

字符串流在处理字符串中的复杂数据格式时非常有用，比如解析由空格分隔的字符串，或者将多个值组合成一个格式化的字符串。

本文参与 腾讯云自媒体同步曝光计划，分享自作者个人站点/博客。 原始发表：2024-10-28，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent 删除iostd对象数据字符串

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