＜C++学习＞C++ 标准库(STD)的输入与输出（I/O）操作教程

C++ 的输入与输出主要通过标准库中的流类实现，包括标准输入流（std::cin）、标准输出流（std::cout）、标准错误流（std::cerr）和文件流（std::ifstream 和 std::ofstream）。以下是教程内容，包括基本用法、常见技巧以及文件操作的示例。

1. 标准输入输出流

1.1 `std::cout` (标准输出)

std::cout 用于将信息输出到控制台。

用法

#include <iostream>

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

说明

<< 是插入操作符，将数据写入输出流。
std::endl 用于换行，并刷新缓冲区（相当于 \n + flush）。

1.2 `std::cin` (标准输入)

std::cin 从控制台获取用户输入。

用法

#include <iostream>

int main() {
    int age;
    std::cout << "Enter your age: ";
    std::cin >> age;  // 从用户输入获取一个整数
    std::cout << "Your age is: " << age << std::endl;
    return 0;
}

说明

>> 是提取操作符，用于从输入流中提取数据。
输入会自动跳过空白字符（如空格、换行符）。

1.3 `std::cerr` 和 `std::clog`

std::cerr：输出错误消息（不带缓冲）。
std::clog：输出日志信息（带缓冲）。

示例

#include <iostream>

int main() {
    std::cerr << "Error: Something went wrong!" << std::endl;
    std::clog << "Log: Application started." << std::endl;
    return 0;
}

1.4 格式化输出

C++ 提供了一些工具来控制输出格式，常用头文件 <iomanip>。

示例

#include <iostream>
#include <iomanip>

int main() {
    double pi = 3.14159265358979;

    std::cout << "Default: " << pi << std::endl;

    // 控制小数位数
    std::cout << "Fixed: " << std::fixed << std::setprecision(2) << pi << std::endl;

    // 控制宽度和对齐
    std::cout << "Width: " << std::setw(10) << pi << std::endl;

    return 0;
}

常用工具

std::setw(n)：设置宽度。
std::setprecision(n)：设置小数点后位数。
std::fixed 和 std::scientific：固定小数点格式或科学计数法。

2. 文件输入输出

C++ 提供了文件流类：

输入流：std::ifstream
输出流：std::ofstream
读写流：std::fstream

2.1 写入文件

示例

#include <iostream>
#include <fstream>

int main() {
    std::ofstream outfile("output.txt"); // 打开文件（创建新文件或覆盖已有文件）
    if (!outfile) {
        std::cerr << "Error: Cannot open file." << std::endl;
        return 1;
    }

    outfile << "Hello, file!" << std::endl;
    outfile << 42 << std::endl;

    outfile.close(); // 关闭文件
    std::cout << "Data written to file." << std::endl;
    return 0;
}

2.2 读取文件

示例

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>

int main() {
    std::ifstream infile("output.txt"); // 打开文件
    if (!infile) {
        std::cerr << "Error: Cannot open file." << std::endl;
        return 1;
    }

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

    infile.close(); // 关闭文件
    return 0;
}

说明

std::getline() 读取整行，适合处理文本文件。
文件结束时 infile.eof() 会返回 true。

2.3 文件读写模式

文件流的打开模式：

std::ios::in：读取模式。
std::ios::out：写入模式。
std::ios::app：追加模式。
std::ios::trunc：清空文件内容（默认）。
std::ios::binary：二进制模式。

示例：追加内容

#include <iostream>
#include <fstream>

int main() {
    std::ofstream outfile("output.txt", std::ios::app); // 打开文件以追加模式
    if (!outfile) {
        std::cerr << "Error: Cannot open file." << std::endl;
        return 1;
    }

    outfile << "Appending a new line." << std::endl;

    outfile.close();
    return 0;
}

3. 高级功能：文件与流状态检查

3.1 检查文件状态

示例

#include <iostream>
#include <fstream>

int main() {
    std::ifstream infile("nonexistent.txt");
    if (!infile) {
        std::cerr << "Error: File does not exist." << std::endl;
        return 1;
    }
    return 0;
}

常用方法

is_open()：文件是否成功打开。
eof()：是否到达文件末尾。
fail()：流状态是否失败。
good()：流是否正常。

3.2 异常处理

C++ 文件流支持异常处理，使用 exceptions() 方法启用。

示例

#include <iostream>
#include <fstream>

int main() {
    std::ofstream outfile;
    outfile.exceptions(std::ofstream::failbit | std::ofstream::badbit);

    try {
        outfile.open("readonly.txt");
        outfile << "Attempting to write." << std::endl;
    } catch (const std::ios_base::failure& e) {
        std::cerr << "Exception: " << e.what() << std::endl;
    }

    return 0;
}

4. 综合示例：统计文件中的单词数量

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>

int main() {
    std::ifstream infile("example.txt");
    if (!infile) {
        std::cerr << "Error: Cannot open file." << std::endl;
        return 1;
    }

    std::string word;
    int count = 0;
    while (infile >> word) {
        count++;
    }

    std::cout << "Word count: " << count << std::endl;

    infile.close();
    return 0;
}