【C++】IO 流

文章目录

👉C 语言的输入与输出👈
👉流是什么👈
👉C++ IO 流👈
- C++ 标准 IO 流
- C++ 和 C 语言的输入格式问题
- C++ 的多次输入
- 内置类型和自定义类型的转换
- 日期的多次输入
- C++ 文件 IO 流
- 文本文件和二进制文件的读写
👉stringstream 的简单介绍👈
- 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

👉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：
在这里插入图片描述
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”。

👉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。
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注：以上的流都是带有缓冲区的。

👉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。
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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 中对应位置位（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，原因就是标准库已经将所有内置类型的输入和输出全部重载了。
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：

对于 IO 类型的算法，一般都需要循环输入。
输出：严格按照题目的要求进行，多一个少一个空格都不行。
连续输入时，vs 系列编译器下在输入 ctrl+z 时结束。

istream 类型对象转换为逻辑条件判断值。

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。

C++ 和 C 语言的输入格式问题

int main()
{
	// 输入多个值时，默认是用空格或换行分割的
	int year, month, day;
	// 2025 1 14
	cin >> year >> month >> day;
	scanf("%d%d%d", &year, &month, &day);
	scanf("%d %d %d", &year, &month, &day);	// 不需要加空格

	// 20250114
	scanf("%4d%2d%2d", &year, &month, &day);
	string str;
	cin >> str;
	year = stoi(str.substr(0, 4));
	month = stoi(str.substr(4, 2));
	day = stoi(str.substr(6, 2));

	return 0;
}

C++ 的多次输入

int main()
{
	int year, month, day;
	string str;
	while (cin >> str)
	{
		year = stoi(str.substr(0, 4));
		month = stoi(str.substr(4, 2));
		day = stoi(str.substr(6, 2));

		cout << year << "年" << month << "月" << day << "日" << endl;
	}
	return 0;
}

注：C++ 的多行输入可以通过输入 Ctrl + z 加换行或 Ctrl + c 来结束输入。Ctrl + z 是给了一个流结束信号，相当于读到了文件的结尾，而 Ctrl + c 是给进程发了一个进程结束的信号。cin >> str 的返回值是 istream 对象，然后该对象调用 operator bool 函数并用其返回值作为 bool 值进行判断。
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内置类型和自定义类型的转换

class A
{
public:
	//explicit A(int a)	// explicit不允许隐式类型转换
	A(int a)
		:_a(a)
	{}

	explicit operator int()
	{
		return _a;
	}

private:
	int _a;
};

int main()
{
	// 内置类型转换成自定义类型
	A aa1 = 1; // 隐式类型转换 用1构造A临时对象，再拷贝构造aa1，优化后直接1构造aa1
	const A& aa2 = 1;
	A&& aa3 = 1;

	// 自定义类型转换成内置类型
	int i = aa1; // 隐式类型转换,如果加上explicit,就会报错:不存在从A到int的适当转换函数
	int i1 = (int)aa1;	// 强制类型转换
	int i2 = static_cast<int>(aa1);

	return 0;
}

日期的多次输入

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, 4, 10);
	cout << d;
	while (d)
	{
		cin >> d;
		cout << d;
	}
	return 0;
}

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
注：打开的文件对象在不需要时需要手动关闭，否则会占用资源，其次不关闭，数据不会主动从缓冲区写入文件。

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C++ 打开文件的方式有两种：调用 open 函数和定义 ifstream 对象。打开文件的方式默认都是以读的方式打开。

#include <fstream>

int main()
{
	ifstream ifs("Test.cpp");
	char ch = ifs.get();
	while (ifs)
	{
		cout << ch;
		ch = ifs.get();
	}
	ifs.close();
	return 0;
}

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int main()
{
	ifstream ifs("test.txt");
	int i = 0;
	string str;
	double d = 0;
	ifs >> i >> str >> d;
	cout << i << " " << str << " " << d << endl;

	return 0;
}

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相比于 C 语言的读文件，C++ 具有重载了流插入，可以非常容易地读取文件里的内容。

文本文件和二进制文件的读写

二进制读写就是在内存中如何存储，就如何写到磁盘文件中；而文本读写就是对象数据序列化成字符串写到磁盘文件中，读取磁盘文件的内容读到的也是字符串，经过反序列化等到对象数据。二进制读写的优点是相对文本读写比较快，因为不存在转换；缺点是写出去的内容看见。文本读写的优点是可以看见写出去的内容是什么，缺点是存在一个转换的过程，要慢一些。
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struct ServerInfo
{
	char _address[32];
	int _port;
	Date _date;
};
struct ConfigManager
{
public:
	ConfigManager(const char* filename = "server.config")
		:_filename(filename)
	{}
	// 二进制写
	void WriteBin(const ServerInfo& info)
	{
		ofstream ofs(_filename, ios_base::out | ios_base::binary);
		ofs.write((const char*)&info, sizeof(info));
	}
	// 二进制读
	void ReadBin(ServerInfo& info)
	{
		ifstream ifs(_filename, ios_base::in | ios_base::binary);
		ifs.read((char*)&info, sizeof(info));
	}
	
	// C++文件流的优势就是可以对内置类型和自定义类型，都使用
	// 一样的方式，去流插入和流提取数据
	// 当然这里自定义类型Date需要重载>> 和 <<
	// istream& operator >> (istream& in, Date& d)
	// ostream& operator << (ostream& out, const Date& d)
private:
	string _filename; // 配置文件
};

int main()
{
	ServerInfo winfo = { "192.0.0.1", 80, { 2022, 4, 10 } };
	ConfigManager cm;
	cm.WriteBin(winfo);

	return 0;
}

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注：编码不一样就会出现乱码。

int main()
{
	ServerInfo rinfo;
	ConfigManager cm;
	cm.ReadBin(rinfo);
	cout << rinfo._address << " " << rinfo._port << " " << rinfo._date << endl;

	return 0;
}

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注：如果 ServerInfo 中的 _address 是 string 类型，写出去和读回来会出现各种意外的情况，这是由于 VS 下的 string 模型导致的。

此时的是将地址 _ptr 写入了文件，再对文件内容读取的时，读取到的地址是上一个进程的地址，拿着该地址去内存中取数据就会存在越界访问的问题了。所以，二进制读写不适合需要深拷贝的类型。
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struct ServerInfo
{
	string _address;
	int _port;
};
struct ConfigManager
{
public:
	// 文本写
	void WriteText(const ServerInfo& info)
	{
		ofstream ofs(_filename, ios_base::out);
		ofs.write(info._address.c_str(), info._address.size());
		ofs.put('\n');
		const string str = to_string(info._port);
		ofs.write(str.c_str(), str.size());
	}
	// 文本读
	void ReadText(ServerInfo& info)
	{
		ifstream ifs(_filename, ios_base::in);
		char buff[128];
		ifs.getline(buff, 128);	// 读取一行的内容
		info._address = buff;

		ifs.getline(buff, 128);
		info._port = stoi(buff);
	}

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

int main()
{
	ServerInfo winfo = { "https://legacy.cplusplus.com/reference/istream/istream/read/", 888 };
	ConfigManager cm;
	cm.WriteText(winfo);

	ServerInfo rinfo;
	cm.ReadText(rinfo);
	cout << rinfo._address << " " << rinfo._port << " " << endl;
}

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以上的文本读写和 C 语言的文本读写一样，没有什么区别。C++ 更加喜欢流插入和流提取的玩法，如下方代码所示：

struct ServerInfo
{
	string _address;
	int _port;
	Date _date;
};
struct ConfigManager
{
public:
	ConfigManager(const char* filename = "server.config")
		:_filename(filename)
	{}
	// 二进制写
	void WriteBin(const ServerInfo& info)
	{
		ofstream ofs(_filename, ios_base::out | ios_base::binary);
		ofs.write((const char*)&info, sizeof(info));
	}
	// 二进制读
	void ReadBin(ServerInfo& info)
	{
		ifstream ifs(_filename, ios_base::in | ios_base::binary);
		ifs.read((char*)&info, sizeof(info));
	}
	
	 文本写
	//void WriteText(const ServerInfo& info)
	//{
	//	ofstream ofs(_filename, ios_base::out);
	//	ofs.write(info._address.c_str(), info._address.size());
	//	ofs.put('\n');
	//	const string str = to_string(info._port);
	//	ofs.write(str.c_str(), str.size());
	//}
	 文本读
	//void ReadText(ServerInfo& info)
	//{
	//	ifstream ifs(_filename, ios_base::in);
	//	char buff[128];
	//	ifs.getline(buff, 128);
	//	info._address = buff;

	//	ifs.getline(buff, 128);
	//	info._port = stoi(buff);
	//}

	void WriteText(const ServerInfo& info)
	{
		ofstream ofs(_filename);
		// 流插入自动转成字符串写入文件中
		ofs << info._address << " " << info._port << " " << info._date;
	}
	void ReadText(ServerInfo& info)
	{
		ifstream ifs(_filename);
		ifs >> info._address >> info._port >> info._date;
	}

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

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👉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。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。
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将数值类型数据格式化为字符串

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;
}

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;
}

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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;	// 将数据转换成字符串
	oss << winfo._name << " " << winfo._id << " " << winfo._date << " " << winfo._msg;
	string str = oss.str();
	cout << str << endl;

	// 字符串解析成结构信息
	ChatInfo rInfo;
	istringstream 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;
}

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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。