C++之IO流

搬砖狗(●—●)2023-10-17 16:25

IO流

C语言的输入与输出

在C语言当中，我们使用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，并将读取到的值存放到某一指定变量当中。
  • printf： 将指定的数据输出到标准输出设备（屏幕），使用时需要注意宽度输出和精度输出的控制。

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：

对输入输出缓冲区的理解：

  1. 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。
  2. 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。

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。

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。
  • 使用cerr进行标准错误的输出。
  • 使用clog进行日志的输出。

从上图可以看出，cout、cerr、clog都是由ostream类实例化出的三个不同的对象，因此这三个对象基本没什么区别，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：

  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。

比如下面的日期类：

cpp 复制代码 
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;
}
  1. 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。
cpp 复制代码 
// 单个元素循环输入
while(cin>>a)
{
// ...
}
// 多个元素循环输入
while(c>>a>>b>>c)
{
// ...
}
// 整行接收
while(cin>>str)
{
// ...
}

C++文件IO流

C++根据文件内容的数据格式将文件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如下：

  1. 定义一个文件流对象：

操作文件的类有以下三个：

类 对应操作场景
ofstream 只写
ifstream 只读
fstream 读+写
  1. 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。
    文件常见的打开方式如下：
打开方式 功能
in 以读的方式打开文件
out 以写的方式打开文件
binary 以二进制方式对文件进行操作
ate 输出位置从文件的末尾开始
app 以追加的方式对文件进行写入
trunc 先将文件内容清空再打开文件
  1. 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。

对文件进行提取和插入操作的常用成员函数：

成员函数 功能
put 插入一个字符到文件
write 插入一段字符到文件
get 从文件提取字符
read 从文件提取多个字符
tellg 获取当前字符在文件当中的位置
seekg 设置对文件进行操作的位置
<< 运算符重载 将数据形象地以"流"的形式进行输出
>> 运算符重载 将数据形象地以"流"的形式进行输入
  1. 关闭文件。
cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <fstream>
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() const
	{
		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;
}

struct ServerInfo
{
	char _address[32];
	int _port;
	Date _date;
};

struct ConfigManager
{
public:
	ConfigManager(const char* filename)
		:_filename(filename)
	{}

	// 二进制读写，读写对象中，不能有string
	void WriteBin(const ServerInfo& info)
	{
		ofstream ofs(_filename, ofstream::out | ofstream::binary);
		ofs.write((char*)&info, sizeof(info));
	}

	void ReadBin(ServerInfo& info)
	{
		ifstream ifs(_filename, ofstream::in | ofstream::binary);
		ifs.read((char*)&info, sizeof(info));
	}

	// 文本读写 C++文本读写更简单
	// 文本读写本质，内存中任何类型都是转成字符串在写
	// c语言文本读写很不方便，因为要不断转字符串
	// c++封装了以后就有很大的优势
	void WriteText(const ServerInfo& info)
	{
		ofstream ofs(_filename);
		ofs << info._address << " ";
		ofs << info._port << endl;
		ofs << info._date << endl;
	}

	void ReadText(ServerInfo& info)
	{
		ifstream ifs(_filename);
		ifs >> info._address;
		ifs >> info._port;
		ifs >> info._date;
	}

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

int main()
{
	ServerInfo winfo = { "192.0.0.1", 80, { 2023, 7, 11 } };

	string str;
	cin >> str;
	if (str == "二进制写")
	{
		ConfigManager cm("test.txt");
		cm.WriteBin(winfo);
	}
	else if (str == "二进制读")
	{
		ServerInfo rinfo;
		ConfigManager cm("test.txt");
		cm.ReadBin(rinfo);
		cout << rinfo._address << endl;
		cout << rinfo._port << endl;
		cout << rinfo._date << endl;
	}
	else if (str == "文本写")
	{
		ConfigManager cm("test.txt");
		cm.WriteText(winfo);
	}
	else if (str == "文本读")
	{
		ServerInfo rinfo;
		ConfigManager cm("test.txt");
		cm.ReadText(rinfo);

		cout << rinfo._address << endl;
		cout << rinfo._port << endl;
		cout << rinfo._date << endl;
	}
	
	return 0;
}

stringstream的介绍

在C语言中，我们若是想要将一个整型变量的数据转化为字符串格式，有以下两种方法：

1、使用itoa函数进行转化。

cpp 复制代码 
	int a = 10;
	char arr[10];
	itoa(a, arr, 10);

2、使用sprintf函数进行转化。

cpp 复制代码 
int a = 10;
char arr[10];
sprintf(arr, "%d", a);

虽然itoa函数和sprintf函数都能完成转化，但是在两个函数在转化时，都需要先给出保存结果的空间，而空间的大小是不太好界定的，除此之外，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，我们可以使用stringstream类对象来避开此问题。在程序当中如果想要使用stringstream，必须要包含头文件sstream。在该头文件下，有三个类：

类 对应操作场景
ostringstream 输出操作
istringstream 输入操作
stringstream 输入操作+输出操作
cpp 复制代码 
#include <sstream>

int main()
{
	stringstream oss;
	oss << 100 << " ";
	oss << 11.22 << " ";
	oss << "hello";

	string str = oss.str();
	cout << str << endl;

	stringstream iss(str);
	int i;
	double d;
	string s;
	iss >> i >> d >> s;
	cout << i << endl;
	cout << d << endl;
	cout << s << endl;

	return 0;
}

序列化与反序列化

cpp 复制代码 
struct ChatInfo
{
	string _name; // 名字
	int _id;      // id
	Date _date;   // 时间
	string _msg;  // 聊天信息
};

int main()
{
	ChatInfo winfo = { "张三", 135246, { 2022, 4, 10 }, "晚上一起看电影吧" };
	stringstream oss;
	oss << winfo._name << " ";
	oss << winfo._id << " ";
	oss << winfo._date << " ";
	oss << winfo._msg;
	string str = oss.str();
	cout << str << endl;

	stringstream iss(str);
	ChatInfo rinfo;
	iss >> rinfo._name;
	iss >> rinfo._id;
	iss >> rinfo._date;
	iss >> 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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