C++中的IO流

目录

1.C语言的输入与输出

2.流是什么

3.C++IO流

标准IO流

IO流的四个标志

C++文件IO流

4.stringstream的简单介绍

1.C语言的输入与输出

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。如下图所示

对于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”这个概念的，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”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.C++IO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

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，如果要支持cin和cout的标准输入输出，需要对<<和>>进行重载

6.在线OJ中的输入和输出：

a.对于IO类型的算法，一般都需要循环输入：

b.输出：严格按照题目的要求进行，多一个少一个空格都不行

c.连续输入时，vs系列编译器下在输入ctrl + Z时结束

// 单个元素循环输入 
while(cin>>a)
{
// ...
}
// 多个元素循环输入 
while(cin>>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;

http://www.cplusplus.com/reference/istream/istream/operator%3E%3E/

http://www.cplusplus.com/reference/ios/ios/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的对象又调用了operator bool，operator bool调用时如果接收流失败，或者有结束标志，则返回false。

#include<iostream>
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;
        else
            return 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;
}


// C++ IO流，使用面向对象+运算符重载的方式
// 能更好的兼容自定义类型，流插入和流提取
int main()
{
    // 自动识别类型的本质--函数重载
    // 内置类型可以直接使用--因为库里面ostream类型已经实现了
    int i = 1;
    double j = 2.2;
    cout << i << endl;
    cout << j << endl;
    // 自定义类型则需要我们自己重载<< 和 >>
    Date d(2022, 8, 14);
    cout << d;
    while (d)
    {
        cin >> d;
        cout << d;
    }
    return 0;
}

IO流的四个标志

在 C++ 中，iostate 是 ios 类的一个类型定义，用于表示流的状态。iostate 是一个位掩码类型，它可以组合以下几种状态标志：

❍goodbit：值为 0，表示流未遇到错误。

❍eofbit：表示已到达文件末尾。

❍failbit：表示一个非致命的输入/输出操作失败，例如格式化错误。

❍badbit：表示一个致命的输入/输出错误，例如写保护或硬件故障。

int main()
{
    /*cout << "xxxx" << endl;
    cerr << "yyyy" << endl;*/
    int x = 0;
    cout << cin.good() << endl;
    cout << cin.eof() << endl;
    cout << cin.fail() << endl;
    cout << cin.bad() << endl << endl;

    return 0;
}
输出结果：//表明一切正常
1
0
0
0

int main()
{
    /*cout << "xxxx" << endl;
    cerr << "yyyy" << endl;*/
    int x = 0;
//    cout << cin.good() << endl;
//    cout << cin.eof() << endl;
//    cout << cin.fail() << endl;
//    cout << cin.bad() << endl << endl;

    cin >> x;
    cout << x << endl;

    cout << cin.good() << endl;
    cout << cin.eof() << endl;
    cout << cin.fail() << endl;
    cout << cin.bad() << endl << endl;

    cin.clear();
    cin.get();

    cout << cin.good() << endl;
    cout << cin.eof() << endl;
    cout << cin.fail() << endl;
    cout << cin.bad() << endl << endl;

    cin >> x;
    cout << x << endl;

    return 0;
}

此时我们需要对缓冲区作出处理

在 C++ 中，cin.clear() 和 cin.get() 是处理输入流 cin 的两个常用操作。

❍ cin.clear()：这个函数用于清除 cin 的错误标志。当输入流遇到错误（例如，类型不匹配或文件结束符 EOF）时，流状态会被设置为错误状态，cin.clear() 会重置这些状态标志，使流能够继续进行后续的输入操作。

以下是一些导致 cin 进入错误状态的情况：

输入类型不匹配（例如，期望输入一个整数，但用户输入了一个字符）。

输入结束（例如，文件结束符 EOF）。

当 cin 处于错误状态时，后续的输入操作会被忽略，直到错误状态被清除。

❍ cin.get()：这个函数用于从输入流中读取（并丢弃）下一个字符，包括空白符（空格、制表符、换行符等）。它通常用于在清除错误标志后，跳过输入流中的错误字符或不需要的字符。

一个实用的技巧

int main()
{
    // 在io需求比较高的地方，如部分大量输入的竞赛题中，加上以下3行代码
    // 可以提高C++IO效率
    ios_base::sync_with_stdio(false);
    cin.tie(nullptr);
    cout.tie(nullptr);

    /*int x = 0;
    cout << "请输入：";
    cin >> x;*/

    //printf("xxxx");
    //cout << "yyyy" << endl;
    //printf("\n");

    return 0;
}

在 C++ 中，ios_base::sync_with_stdio(false);、cin.tie(nullptr); 和 cout.tie(nullptr); 这三行代码通常一起使用，以提高 C++ 程序的输入输出效率，尤其是在处理大量数据时。

以下是这三行代码的解释：

1. ios_base::sync_with_stdio(false);：

◉ 这行代码的作用是解除 C++ 的 iostream 库与 C 的 stdio 库之间的同步。默认情况下，iostream 库是与 stdio 库同步的，这意味着每次使用 iostream 的输入输出操作时，都会刷新 stdio 的缓冲区，反之亦然。解除同步可以减少这种不必要的刷新操作，从而提高 I/O 的效率。

◉ 注意：如果你在程序中同时使用了 C 的 stdio 函数（如 printf 和 scanf）和 C++ 的 I/O 操作（如 cin 和 cout），解除同步可能会导致不确定的行为。

2.cin.tie(nullptr);：

◉ cin 默认是与 cout 绑定的，这意味着每次从 cin 读取数据之前，cout 的缓冲区都会被刷新（即输出到屏幕）。通过将 cin 的绑定解除（设置为 nullptr），可以避免这种不必要的刷新，从而提高输入效率。

3.cout.tie(nullptr);：

◉ 类似地，这行代码将 cout 的绑定解除。尽管 cout 默认没有绑定到其他流，但显式地设置 nullptr 可以确保不会有任何隐式的绑定行为。

在编写需要快速读写数据的程序时，这些优化非常有用，尤其是在算法竞赛或处理大量数据时。然而，如果你使用的是交互式程序，或者依赖于 cin 和 cout 之间的同步，那么这些优化可能会导致不可预见的行为。因此，使用时需要根据具体情况谨慎考虑。

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

#include <fstream>  // 包含文件流库，用于文件读写操作
#include <string>   // 包含字符串库，用于字符串操作
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)
    {}
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 _ip[32];//如果是二进制读写这里必须使用char 而不是string
    //string _ip;
    int _port;
    Date _date;
};

struct ConfigManager {
public:
    // 构造函数，使用默认文件名 "test.txt"
    ConfigManager(const char* filename = "test.txt")
        : _filename(filename) // 初始化私有成员 _filename
    {}

    // 将 ServerInfo 结构体以二进制格式写入文件
    void WriteBin(const ServerInfo& info) {
        std::ofstream ofs(_filename, std::ios_base::out | std::ios_base::binary); // 打开文件进行二进制输出
        ofs.write(reinterpret_cast<const char*>(&info), sizeof(ServerInfo)); // 将 info 写入文件
    }

    // 从文件中以二进制格式读取 ServerInfo 结构体
    void ReadBin(ServerInfo& info) {
        std::ifstream ifs(_filename, std::ios_base::in | std::ios_base::binary); // 打开文件进行二进制输入
        ifs.read(reinterpret_cast<char*>(&info), sizeof(info)); // 从文件读取数据到 info
    }

    // 将 ServerInfo 结构体以文本格式写入文件
    void WriteText(const ServerInfo& info) {
        std::ofstream ofs(_filename); // 打开文件进行文本输出
        ofs << info._ip << " " << info._port << " " << info._date; // 将 info 的成员以文本格式写入文件
    }

    // 从文件中以文本格式读取 ServerInfo 结构体
    void ReadText(ServerInfo& info) {
        std::ifstream ifs(_filename); // 打开文件进行文本输入
        ifs >> info._ip >> info._port >> info._date; // 从文件读取数据到 info 的成员
    }

private:
    std::string _filename; // 配置文件名
};

//int main()
//{
//    ServerInfo winfo = { "192.0.0.1111111111111111111111111111", 80, { 2022, 4, 10 } };
//    // 二进制读写
//    ConfigManager cf_bin("test.bin");
//    cf_bin.WriteBin(winfo);
//
//    return 0;
//}

int main()
{
    ConfigManager cf_bin("test.bin");
    ServerInfo rbinfo;
    cf_bin.ReadBin(rbinfo);

    cout << rbinfo._ip << " " << rbinfo._port << " " << rbinfo._date << endl;

    return 0;
}

//int main()
//{
//    ServerInfo winfo = { "192.0.0.1xxxxxxxxxxxx", 80, { 2022, 4, 10 } };
//
//    // 文本读写
//    ConfigManager cf_text("test.text");
//    cf_text.WriteText(winfo);
//
//    return 0;
//}

//int main()
//{
//    ConfigManager cf_text("test.text");
//    ServerInfo rtinfo;
//    cf_text.ReadText(rtinfo);
//    cout << rtinfo._ip << " " << rtinfo._port << " " << rtinfo._date << endl;
//
//    return 0;
//}

如果用string 本质写的是一个指针，而不是内容

4.stringstream的简单介绍

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);
    return 0;
}

在C++中，可以使用stringstream类对象来避开此问题。

在程序中如果想要使用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，本文主要介绍stringstream。

stringstream主要可以用来:

1.将数值类型数据格式化为字符串

#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

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 sstream
	sstream.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;      // id
    Date _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();
//
//    //send(str.c_str(), str.size());
//
//    cout << str << endl << endl;
//
//    // recv
//    // 字符串解析成结构信息
//    ChatInfo rInfo;
//    istringstream iss;
//    iss.str(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;
//}

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" };
    stringstream oss;
    oss << winfo._name << " " << winfo._id << " " << winfo._date << " " << winfo._msg;
    string str = oss.str();

    //send(str.c_str(), str.size());

    cout << str << endl << endl;

    // recv
    // 字符串解析成结构信息
    ChatInfo rInfo;
    stringstream iss;
    iss.str(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。