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C++ IO流

回顾一下，C语言中IO输入输出的

1. C语言IO

C语言中常用的输入输出函数有如下几种：前者是格式化标准输入输出，后者是格式化文件输入输出，最后是格式化字符串输入输出。

函数名	内容
scanf	从标准输入流（键盘）读取格式化的数据
fscanf	从所有输入流读取读取格式化数据
sscanf	从字符串中读取格式化的数据
printf	将格式化的数据输出到标准输出流（屏幕）上
fprintf	将格式化数据输出到所有输出流上
sprintf	将格式化的数据输出到字符串中

文件的输入输出需要以下几个函数：

函数名	功能
fopen	打开文件流
fclose	关闭文件流
fscanf	从所有输入流读取读取格式化数据
fprintf	将格式化数据输出到所有输出流上
fread	二进制输入
fwrite	二进制输出

//文件开关
FILE* fopen   (const char* filename, const char* mode);
int   fclose  (FILE* stream);
//格式化读写
int fprintf (FILE* stream, const char* format [, argument ]...);
int fscanf  (FILE* stream, const char* format [, argument ]...);
//二进制读写
size_t fwrite  (const void* buffer, size_t size, size_t count, FILE* stream);
size_t fread   (      void* buffer, size_t size, size_t count, FILE* stream);

使用方式如下：

struct ServerInfo 
{
	char _ip[32];
	int _port;
	friend ostream& operator<<(ostream& os, ServerInfo& info);
	friend ostream& operator>>(ostream& os, ServerInfo& info);
};
//测试C语言二进制读写
void TestC_Write_Bin() {
	ServerInfo info = { "192.168.1.1",80 };
	FILE* fout = fopen("info.bin", "wb");
    //assert();
	fwrite(&info, sizeof(ServerInfo), 1, fout);
	fclose(fout);
}
void TestC_Read_Bin() {
	ServerInfo info;
	FILE* fin = fopen("info.bin", "rb");
	fread(&info, sizeof(ServerInfo), 1, fin);
	printf("%s:%d", info._ip, info._port);
	fclose(fin);
}
//测试C语言字符读写
void TestC_Write_Text() {
	ServerInfo info = { "192.168.1.1",80 };
	FILE* fout = fopen("info.txt", "w");
	fprintf(fout, "%s %d", info._ip, info._port);
	fclose(fout);
}
void TestC_Read_Text() {
	ServerInfo info;
	FILE* fin = fopen("info.txt", "r");
	fscanf(fin, "%s %d", &info._ip, &info._port);
	printf("%s:%d", info._ip, info._port);
}

 

2. C++IO

C++ 标准库提供了4个全局流对象cin、cout、cerr、clog。cout、cerr、clog 是 ostream 类的三个不同的对象。使用 cout 进行标准输出，使用 cin 进行标准输入。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。

以下是常用的标准输入输出对象：

• cin：标准输入流对象。
• cout：标准输出流对象。
• cerr：标准错误输出流对象，通常用于输出错误信息。
• clog：标准日志流对象，用于输出日志信息。

2.1 C++标准IO流

cout,cin是ostream,istream类的对象，operator<<,operator>>分别是两个对象的操作符重载成员函数。

C++输出输入可直接使用cout>>和cin>>，因为其重载了所有内置类型，对于自定义类型需要自行重载操作符>>和<<。

cin >> a >> b;

operator<<和operator>>的返回值也是ostream&或istream&，因此支持连续输入输出，又是一次函数调用。

cout/cin 取代 printf/scanf 的真正原因是 cout/cin 支持自定义类型，符合面向对象的思想。

当需要循环读入数据时，可以采用如下的方式：

string str;
while (cin >> str) {
	;
}

从文档中可以看到，operator>>的返回值是istream类型，这个对象类型是如何作真假判断的呢？

原因是istream类的对象支持一个操作符的重载函数叫operator bool，C++98中叫operator void*，C++11中叫operator bool。

这是个特殊的运算符重载函数，该函数不允许限定返回类型，当类型被当作条件判断时，自动调用并将返回值强转为内置的标识，该标识如果为真就继续，如果为假就停止读取。

2.2 C++文件IO流

采用面向对象的思想，C++中文件指针被文件输入输出流对象ofstream、ifstream代替。

和fopen的调用方式类似，创建输入输出流对象，调用其构造函数传入文件地址以及打开模式。fclose被析构函数代替，且析构函数可以自动调用。
 

主要的两个IO类

对象构造函数	解释
ofstream (const char fileName, ios_base::openmode mode=ios_base::out)*	创建输出流对象，并指定文件地址和打开模式
ifstream (const char fileName, ios_base::openmode mode=ios_base::in)*	创建输入流对象，并指定文件地址

ofstream-写文件:

//1. 按字符写入文件内容
void writeCharByChar(const std::string& fileName, const std::string& content) {
    std::ofstream ofs(fileName);
    if (!ofs) {
        std::cerr << "无法打开文件进行写入！" << std::endl;
        return;
    }

    for (char c : content) {
        ofs.put(c);
    }
    ofs.close();
}

//2. 使用 put() 方法写入文件内容
void writeUsingPut(const std::string& fileName, const std::string& content) {
    std::ofstream ofs(fileName);
    if (!ofs) {
        std::cerr << "无法打开文件进行写入！" << std::endl;
        return;
    }

    for (char c : content) {
        ofs.put(c);
    }
    ofs.close();
}

//3. 按行写入文件内容
void writeLineByLine(const std::string& fileName, const std::string& content) {
    std::ofstream ofs(fileName);
    if (!ofs) {
        std::cerr << "无法打开文件进行写入！" << std::endl;
        return;
    }

    ofs << content << std::endl;
    ofs.close();
}

//4. 使用 write() 方法写入文件内容
void writeUsingWrite(const std::string& fileName, const std::string& content) {
    std::ofstream ofs(fileName, std::ios::binary);
    if (!ofs) {
        std::cerr << "无法打开文件进行写入！" << std::endl;
        return;
    }

    ofs.write(content.c_str(), content.size());
    ofs.close();
}

 

当然，请看下面的表格，它列出了C++中常用的文件打开模式及其解释：

模式	解释
ios::in	输入模式，用于读取文件。
ios::out	输出模式，用于写入文件。
ios::binary	二进制模式，用于以二进制方式读写文件。
ios::ate	在文件末尾打开文件，初始位置为文件末尾。
ios::app	追加模式，用于在文件末尾追加内容而不覆盖已有内容。
ios::trunc	如果文件已存在，则清空文件内容。
ios::in | ios::binary	同时指定输入模式和二进制模式，用于以二进制方式读取文件。
ios::out | ios::binary	同时指定输出模式和二进制模式，用于以二进制方式写入文件。

常用的有如上几种，该变量的值以二进制位中的不同位为1来标识，也就是说使用异或|就可以组合起来用。

ifstream-读取文件

// 1.按字符读取文件内容
void readCharByChar(const std::string& fileName) {
    std::ifstream ifs(fileName);
    if (!ifs) {
        std::cerr << "无法打开文件进行读取！" << std::endl;
        return;
    }

    char c;
    // 逐个字符读取文件内容并输出
    while (ifs.get(c)) {
        std::cout << c;
    }
    ifs.close();
}

// 2.使用 get() 方法读取文件内容
void readUsingGet(const std::string& fileName) {
    std::ifstream ifs(fileName);
    if (!ifs) {
        std::cerr << "无法打开文件进行读取！" << std::endl;
        return;
    }

    char buffer[128];
    // 逐块读取文件内容并输出，每次读取最多128个字符
    while (ifs.get(buffer, sizeof(buffer))) {
        std::cout << buffer;
    }
    ifs.close();
}

// 3.按行读取文件内容
void readLineByLine(const std::string& fileName) {
    std::ifstream ifs(fileName);
    if (!ifs) {
        std::cerr << "无法打开文件进行读取！" << std::endl;
        return;
    }

    std::string line;
    // 逐行读取文件内容并输出
    while (std::getline(ifs, line)) {
        std::cout << line << std::endl;
    }
    ifs.close();
}

// 4.使用 read() 方法读取文件内容
void readUsingRead(const std::string& fileName) {
    std::ifstream ifs(fileName, std::ios::binary);
    if (!ifs) {
        std::cerr << "无法打开文件进行读取！" << std::endl;
        return;
    }

    // 移动到文件末尾
    ifs.seekg(0, std::ios::end);
    // 获取文件大小
    std::streampos fileSize = ifs.tellg();
    // 移动回文件开头
    ifs.seekg(0, std::ios::beg);

    char buffer[128];
    // 逐块读取文件内容并输出，每次读取最多128个字符
    while (ifs.read(buffer, sizeof(buffer))) {
        std::cout.write(buffer, ifs.gcount());
    }

    // 处理剩余的字符
    ifs.read(buffer, sizeof(buffer));
    std::cout.write(buffer, ifs.gcount());

    ifs.close();
}

 

函数：

函数	解释
istream& read(char s, streamsize n);*	read接口是输入流istream对象的成员函数，参数是变量和大小。
ostream& write(const char s , streamsize n);*	write接口是输出流ostream对象的成员函数，参数是写入变量和写入大小。

示例

使用一个ConfigManage类来演示几种文件读写的方式。

struct ServerInfo 
{
	char _ip[32];
	int _port;
	friend ostream& operator<<(ostream& os, ServerInfo& info);
	friend ostream& operator>>(ostream& os, ServerInfo& info);
};
class ConfigManage {
public:
	ConfigManage(const char* fileName)
		:_fileName(fileName)
	{}
    //二进制写入
	void WriteBin(ServerInfo& info)
	{
		ofstream ofs(_fileName.c_str(), ios_base::out | ios_base::binary); //创建输出流对象
		ofs.write((const char*)&info, sizeof(ServerInfo)); //调用write接口
	}
    //二进制读取
	void ReadBin(ServerInfo& info)
	{
		ifstream ifs(_fileName.c_str(), ios_base::in | ios_base::binary);
		ifs.read((char*)&info, sizeof(ServerInfo));
		cout << info << endl;
	}
private:
	string _fileName;
};

读写文件更常用的方式是以文本形式读写，因此就可以省略打开模式参数。

ifstream,ofstream文件输入输出类中还继承了iostream的流插入<<流提取>>操作符，也就是对象ofs和ifs也可以使用<<或>>操作符。

struct ServerInfo {
	friend ostream& operator<<(ostream& os, ServerInfo& info);
	friend ostream& operator>>(ostream& os, ServerInfo& info);
    char _ip[32];
	int _port;
};
ostream& operator<<(ostream& os, ServerInfo& info) {
	os << info._ip << " " << info._port;
	return os;
}
istream& operator>>(istream& is, ServerInfo& info) {
	is >> info._ip >> info._port;
	return is;
}
//文本写入
void WriteText(ServerInfo& info)
{
    ofstream ofs(_fileName.c_str());
    //write
    ofs.write((const char*)&info, sizeof(ServerInfo));
    //1.
    ofs << info._ip << info._port; //对象未重载<<
	//2.
    ofs << info; //对象已重载>>
}
//文本读取
void ReadText(ServerInfo& info)
{
    ifstream ifs(_fileName.c_str());
    //read
    ifs.read((char*)&info, sizeof(ServerInfo));
	//1.
    ofs << info._ip << info._port; //对象未重载<<
	//2.
    ifs >> info; //对象已重载>>
    cout << info << endl;
}

具体调用方式则是如下：

void TestCPP_Write_Bin() {
	ServerInfo info = { "192.168.1.1",80 };
	ConfigManage con("config.bin");
	con.WriteBin(info);
}
void TestCPP_Read_Bin() {
	ServerInfo info;
	ConfigManage con("config.bin");
	con.ReadBin(info);
}
void TestCPP_Write_Text() {
	ServerInfo info = { "192.168.1.1",80 };
	ConfigManage con("config.bin");
	con.WriteText(info);
}
void TestCPP_Read_Text() {
	ServerInfo info;
	ConfigManage con("config.bin");
	con.ReadText(info);
}

文件的输入输出流对象调用构造函数时也可能会失败，C++采取面向对象抛异常的形式。

2.3 C++ IO 文件常用函数总结表

函数及操作符	说明
文件位置操作
ifs.seekg(pos)	设置输入位置指针到指定位置。
ofs.seekp(pos)	设置输出位置指针到指定位置。
ifs.tellg()	返回输入位置指针的当前位置。
ofs.tellp()	返回输出位置指针的当前位置。
按字符读取和写入
ifs.get(char& ch)	从输入流中读取一个字符。
ofs.put(char ch)	向输出流中写入一个字符。
按行读取和写入
std::getline(ifs, std::string& str)	从输入流中读取一行文本，存储到字符串中。
ofs << str	向输出流中写入一个字符串。
读取和写入块数据
ifs.read(char* buffer, streamsize n)	从输入流中读取n个字符到缓冲区中。
ofs.write(const char* buffer, streamsize n)	将缓冲区中的n个字符写入输出流中。
流状态检查
ifs.eof()	判断输入流是否到达文件末尾。
ifs.fail()	判断输入流是否发生读取错误。
ifs.good()	判断输入流是否处于良好状态。
ifs.clear()	清除流的错误状态标志。
字符串流
std::istringstream iss	创建字符串输入流。
std::ostringstream oss	创建字符串输出流。
iss.str(std::string str)	将字符串设置为输入流的内容。
oss.str()	获取输出流的字符串内容。
流插入和提取操作符
ifs >> var	从输入流中提取数据到变量。
ofs << var	将变量的数据插入输出流。

2.4 C++ stringstream

在头文件 下，有三个类：istringstream、ostringstream 和 stringstream，分别用来进行字符串流的输入、输出和输入输出操作。

• istringstream类用于从字符串中提取数据，类似于从文件或标准输入流中读取数据。它可以将字符串内容转换为各种数据类型。

• ostringstream类用于将数据写入字符串，类似于将数据写入文件或标准输出流。它可以将各种数据类型转换为字符串。

• stringstream 类同时支持字符串输入和输出操作。它可以在同一个对象中进行数据的读取和写入。

  

下面的示例代码展示了如何使用 ostringstream 和 istringstream 对自定义对象进行序列化和反序列化

struct PersonInfo {
    std::string _name;
    int _age;

    friend std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const PersonInfo& info) {
        os << info._name << " " << info._age;
        return os;
    }

    friend std::istream& operator>>(std::istream& is, PersonInfo& info) {
        is >> info._name >> info._age;
        return is;
    }
};

int main() {
    // 序列化
    PersonInfo info1 = { "zhangsan", 20 };
    std::ostringstream oss;

    // 1. 使用对象未重载 << 操作符
    oss << info1._name << " " << info1._age;
    // 2. 使用对象已重载 << 操作符
    oss << " " << info1;
    std::string str = oss.str();
    std::cout << "序列化后的字符串: " << str << std::endl;

    // 反序列化
    PersonInfo info2;
    std::istringstream iss(str);
    iss.str(str);
    
 	return 0;
}

使用 stringstream类也可以达到同样的效果：

std::stringstream ss;
ss << info1; // 写入对象到字符串流
ss << " serialized"; // 追加一些文本

PersonInfo info3;
std::string additionalText;
ss >> info3 >> additionalText; // 从字符串流中读取对象和追加的文本

std::cout << "stringstream 读取的对象: " << info3._name << " " << info3._age << std::endl;
std::cout << "附加的文本: " << additionalText << std::endl;