【C++进阶之路】IO流

Shun_Hua.2023-10-23 15:32

文章目录

一、C语言的IO

1.键盘与显示屏

cpp 复制代码 
//键盘与显示屏的交互
int main()
{
	//从键盘读取格式化字符串。
	int i = 0;
	scanf("%d", &i);
	//在显示屏上打印获取到的信息。
	printf("%d", i);
	return 0;
}

2. 文件与内存

cpp 复制代码 
int main()
{
	FILE* fptr = fopen("test.txt", "w+");
	//w只写、w+可读可写。
	//向文件里输入格式化字符串
	fprintf(fptr, "%d hello", 123);
	
	//调整文件指针的位置为开头
	rewind(fptr);
	//从文件里面读取字符串与数字。
	char arr[15] = { 0 };
	int n = 0;
	//只能以某种形式对字符串进行解读
	fscanf(fptr, "%d%s", &n,arr);
	printf("%s %d", arr, n);
	fclose(fptr);//关闭文件并刷新缓存区。
	return 0;
}

3.字符串与内存

cpp 复制代码 
//字符串的输入输出，对字符串按指定方式进行解读。
int main()
{
	//从内存向字符串输出可控制的格式化字符串
	char str[100];
	sprintf(str, "hello %d", 11);//这里的11可变换为变量。
	cout << "输出的字符串为：" << str << endl;
	//从字符串向变量中读入可控制的格式化字符串
	int i = 0;
	char buf[256];
	sscanf(str, "%s %d",buf,&i);
	cout<<"输入的字符为:" << i << " " << buf << endl;
	return 0;
}

  • 总结：

  • printf 与 scanf 是显示屏与键盘的IO函数

  • sprintf 与 sscanf 是字符串与内存的IO函数

  • fprintf 与 fscanf 是内存与文件的IO函数

  • 唯一不足的就是读取只能一个一个按照顺序的进行读取，无法按照自己想法。

对输入输出即 printf 与 scanf 的英文理解：

说明：这是基于内存的理解，方便理解printf即从内存往外输出，scanf即从外面向内存读写。

补充：程序在运行时默认打开三个流------stdin,stdout,stderror。

至于更多C语言的文件操作内容详见【进阶C语言】文件操作

二、C++IO

  • c++以继承的方式，梳理了所有的流。

其中<iostream>是我们经常包的头文件，现在看来竟然还是一个菱形虚拟继承，不愧是实现库的大佬，没有困难创造困难迎着困难上,不过也为我们提供一点的便利。

1.iostream

1.1基本使用

  • cin和cout是我们经常使用的。
  • cerr是面向标准错误流的，clog是应用于日志的，不过日常我们使用前两个即可。

先来看最简便的一段C++代码：

cpp 复制代码 
int main()
{
	int x;
	cin >> x;//从键盘对x进行输入数据
	cout << "hello world" << endl;//向显示器上打印数据
	return 0;
}

不知各位刚学这一段代码的时候，是什么感觉，我是感觉看起来比较便捷形象易懂，只是最近再看其实就是一大堆的运算符重载形成的集合，而且当我们想要用char*打印地址时，它其实给我们呈现的是一段字符串,而不是地址, 不过用起来是真香。

对自定义类型输入和输出比如之前文章中出现的日期类：

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)
	{}
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;
}
int main()
{
	Date d1;
	cin >> d1;//其原理就是调用自定义的运算符重载函数。
	cout << d1 << endl;//同理。
	return 0;
}

稍微总结一下：

  1. 使用运算符重载（流插入和流提取）进行实现，更加形象易懂。
  2. 自定义类型也可重载自己的流插入和流提取，也可使用cin和cout。
  3. 自动类型识别，无需在进行格式化控制。

说明：

运算符重载vs函数重载

  1. 有更严格的要求，要尽可能在多种状况下都能正确运行。
  2. 运算符重载则需要更多的了解系统中对表达式处理的各种默认形式，那些是你无法去改变的，只能努力适应。
  • 实用小知识

同时回想在进行刷题时，如果面临读入一整行的字符串数据，有什么方法吗？

  1. gets
cpp 复制代码 
char* gets(char* str);
  • 缺陷：这个函数比较危险，是因为从缓存区往str读入数据时，并不知道str所指向空间的大小，因此可能会导致使str指向的空间进行越界访问，因此是危险的。
  • 说明：C++（vs2019下）此函数已删除。
  1. fgets
cpp 复制代码 
char * fgets ( char * str, int num, FILE * stream );

基本使用：

cpp 复制代码 
int main()
{
	char buf[256];
	//从标准输入流（键盘）里读取最大不超过buf大小的一行数量，到buf数组中
	fgets(buf, sizeof(buf), stdin);
	cout << buf << endl;
	return 0;
}
  1. scanf
cpp 复制代码 
int main()
{
	char buf[256];
	//从标准输入流（键盘）里读取一行数量，到buf数组中
	scanf("%[^\n]", buf);//直到遇到换行才停止。
	cout << buf << endl;
	return 0;
}
  • 缺陷是跟gets一样的，不过因为比较好用编译器保留了下来，可以用宏/预处理指令进行屏蔽错误。

4.getline（C++）

  • c++里面的string里面提供了一个接口getline，可以获取一行的字符串。
cpp 复制代码 
#include<iostream>
#include<string>
int main()
{
	string buf;
	//从标准输入流（键盘）里读取一行数量，到buf中
	getline(cin, buf);
	cout << buf << endl;
	return 0;
}
  • 这是最便捷的也最安全的输入一行字符串的方法，因为string内部会自动进行扩容，也是C++刷题最经常用的方法。

1.2operator bool

除此之外,我们可能对多组输入的cin，会产生疑惑 , 比如如下一段代码：

cpp 复制代码 
int main()
{
	int x;
	while (cin >> x)
	{
		cout << x << endl;
	}
	return 0;
}
cpp 复制代码 
istream& operator>> (int& val);
//返回的是cin，也就是类型为istream的对象，
//而while()里面进行判断的是bool值，两者能进行转换吗？答案是肯定能的，
//那是如何进行转换的呢？

就比如：

cpp 复制代码 
class A
{
public:
private:
	int _a = 0;
};
int main()
{
	A a;
	if(a)//此处会报错：表达式必须包含 bool 类型(或可转换为 bool)	
	{}
	return 0;
}
  • 那如何转换为bool呢？其实运算符重载就出现了。
cpp 复制代码 
class A
{
public:
	operator bool()
	{
		return _a == 0 ? false : true;
	}
private:
	int _a = 0;
};
int main()
{
	A a;
	if(a){}
	//这也间接说明，iostream是实现了operator bool的。
	return 0;
}

说明：这里的实现的运算符重载没有返回值是有点奇怪的，这里当做特殊情况对待即可，不必深究。

  • cin转bool底层原理：设置标记

补充：在对循环终止时，有两种方式，ctrl z（正常终止循环） / Ctrl c(退出当前程序)。

2. fstream

在进行输入/输出时可有几种模式：

  1. 对于fostream的对象默认打开了out，对于fistream的对象默认打开了in。
  2. 操作可通过 | 进行结合起来。
  3. truncate------对文件之前的内容进行覆盖。
  4. 对于有些对象比如fstream，可以支持输入也可以支持输出。

2.1二进制的文件读写

cpp 复制代码 
struct PeopleInfor
{
	PeopleInfor()
	{}
	PeopleInfor(const char* id,const char* name,int age)
		//:_id(id)
	{
		strcpy(_id, id);
		strcpy(_name, name);
		_age = age;
	}
	char _id[256];//家庭住址
	char _name[256] = {0};//名字
	int _age = 0;//年龄
};
struct ManagePeoInf
{
	//初始化
	ManagePeoInf(const char* file)
		:_FileName(file)
	{}
	//向文件以二进制写入个人信息
	void WriteBianry(const PeopleInfor& pe)
	{
		ofstream of(_FileName, ios_base::out | ios_base::binary);
								//这里的out默认已经有了，可以不写。
		of.write((char*)&pe, sizeof(pe));
	}
	void ReadBinary(PeopleInfor& pe)
	{
		ifstream in(_FileName, ios_base::in | ios_base::binary);
								//这里的in默认已经有了，可以不写。
		in.read((char*)&pe, sizeof(pe));
	}
	//向文件以二进制读取个人信息
	string _FileName;
};

void BinaryWrite()
{
	PeopleInfor pe1 = { "河南省","舜华",19 };
	ManagePeoInf m1("text.txt");
	//向文件中输出字符串x
	m1.WriteBianry(pe1);
}
void BinaryRead()
{
	PeopleInfor pe2;
	ManagePeoInf m2("text.txt");
	m2.ReadBinary(pe2);
	cout << pe2._id << " " << pe2._name << " " << pe2._age << endl;
}
int main()
{
	//向文件里以二进制的形式写入数据
	BinaryWrite();
	//从文件中以二进制的形式读取数据
	BinaryRead();
	return 0;
}

说明：这里的_id与_name并没有采用string的形式进行使用，而是char类型的数组进行的使用，其原因在于拷贝的是对象的内存，而string里面存的是指向字符串的地址，string释放时，读取在恢复时，其实是一段野指针，即使访问成功了也是幸运。

2.2字符串的文件读写

cpp 复制代码 
struct PeopleInfor
{
	PeopleInfor()
	{}
	PeopleInfor(const char* id, const char* name, int age)
		:_id(id)
	{
		//strcpy(_id, id);
		strcpy(_name, name);
		_age = age;
	}
	string _id;//家庭住址
	char _name[256] = { 0 };//名字
	int _age = 0;//年龄
};
struct ManagePeoInf
{
	//初始化
	ManagePeoInf(const char* file)
		:_FileName(file)
	{}
	//向文件以二进制写入个人信息
	void WriteText(const PeopleInfor& pe)
	{
		ofstream of(_FileName, ios_base::binary);
		of << pe._id << " " << pe._name << " " << pe._age;
		//这里的id是调用了string的流插入。
	}
	void ReadText(PeopleInfor& pe)
	{
		ifstream in(_FileName, ios_base::binary);
		in >> pe._id >> pe._name >> pe._age;
		//这里的_id是调用了string的流提取。
		//读取自动识别空格与换行与分割符。
	}
	//向文件以二进制读取个人信息
	string _FileName;
};
void WriteText()
{
	PeopleInfor pe1 = { "河南省","舜华",19 };
	ManagePeoInf m1("text.txt");
	m1.WriteText(pe1);
}
void ReadText()
{
	PeopleInfor p2;
	ManagePeoInf m2("text.txt");
	m2.ReadText(p2);
	cout << p2._id << " " << p2._name << " "  << p2._age << endl;
}
int main()
{
	WriteText();
	ReadText();
	return 0;
}

3. sstream

3.1序列化与反序列化

  • 此处说明：这里存在序列化与反序列化，因为在存储的形式中，要么以二进制的形式进行存储（人看不懂），要么以字符串的形式进行存储（序列化），总之在计算机用于计算的类型比如int，float，double等形式，在文件中不复存在，因此计算机要想用存储的数据进行计算，就需要将字符串转换为相应的格式再参与计算（反序列化）。
cpp 复制代码 
#include<iostream>
#include<string>
#include<sstream>
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)
	{}
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;
}
int main()
{
	string str;
	Date d = { 2023,10,21 };
	ostringstream os;
	os << d;
	str = os.str();
	cout<<"字符串:" << str << endl;

	//再将字符串转换为日期类
	Date d1;
	istringstream is(str);
	is >> d1;
	cout<<"日期类:" << d1 << endl;
	return 0;
}

这里附上一道序列化与反序列化的题：二叉树的序列化与反序列化

3.2拼接字符串

cpp 复制代码 
#include<iostream>
#include<string>
#include<sstream>
using namespace  std;
int main()
{
	ostringstream os;
	os << "hello";//当然也可是一些变量，比如int
	os << " world";//同理
	cout << os.str() << endl;
	return 0;
}

说明：

  1. 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。
  2. 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。
  3. 可以使用s. str("")方法将底层string对象设置为""空字符串。
  4. 可以使用s.str()将让stringstream返回其底层的string对象。
  5. 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。

3.3将数据类型转换为字符串

cpp 复制代码 
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;

	s.str("");//将s维护的字符串置为空
	s.clear();
	// 说明：
	// 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

	double d = 12.34;
	s << d;
	s >> sa;
	string sValue;
	sValue = s.str();
	cout << sValue << endl;
	return 0;
}

总结

今天的分享就到此结束了，我是舜华，期待与你的下次相遇！

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