C++：输入流/输出流

C++流类库简介

C++为了克服C语言中的scanf和printf存在的缺点。，使用cin/cout控制输入/输出。

1. cin：表示标准输入的istream类对象，cin从终端读入数据。
2. cout：表示标准输出的ostream类对象，cout向终端写数据。
3. cerr：表示标准错误输出（非缓冲方式），导出程序错误信息。
4. clog：表示标准错误输出（缓冲方式），导出程序错误信息。

为了在程序中使用cin/cout，必须在程序中包含iostream库的相关头文件，格式为:#include <iostream>
iostream类同时从istream（输入流）和ostream（输出流）类派生出来，允许双向输入/输出。输入由重载的>>运算符完成，输出由重载的<<运算符完成，输入/输出格式为：cin>>变量名/cout<<变量名。

除了用户端的输入/输出，C++还提供了文件的输入/输出类：

1. ifstream：从istream派生而来，把文件绑定到程序上输入。
2. ofstream：从ostream派生而来，把文件绑定到程序上输出。
3. fstream：从iostream派生而来，把文件绑定到程序上输入/输出。

使用iostream库的文件流，必须包含相关的头文件：#include <fstream>

常用的流类库层次结构如图所示：

ios类作为流类库的基类，主要派生了istream、ostream类，由这两个类又派生了很多使用的流类，除ifstream类、ofstream类、iostream类外，还有strstream（输入/输出串流类）、istrstream（输入串流类）、ostrstream（输出串流类）等。下面将对这些流类的作用及用法分别进行介绍。

输入流/输出流格式

基本输出流

C++的ostream提供了丰富的格式化和误格式化的输出功能：用流插入运算符输出标准数据类型；put库成员函数输出字符；以八进制、十进制、十六进制数的形式输出数据；以各种精确方式输出浮点型数据；以科学计数法定点输出数据等。

流输出考研用流插入运算符，即重载的<<（左移位）运算符来完成。<<运算符左边的操作数时istream类的一个对象（如cout），右边可以是C++的合法表达式。

C++还提供了指针预定义输出运算符，允许输出项为显示对象的地址。在默认情况下，地址以十六进制的形式显示。

基本输入流

对应于输出，C++提供了实用的输入功能。类似于输出流中的流插入运算符，输入中引入了流读取运算符，也称为提取运算符。

流输入可以用流读取运算符，即重载的>>（右移位）运算符来完成。类似于<<运算符，流读取运算符是双目运算符，左边的操作数是istream类的一个对象（如cin），右边的操作数是系统定义的任何数据类型的变量

注意：1. >>运算符也支持级联输入。在默认情况下，>>运算符会跳过空格，读入后面与变量类型相应的值。因此，给一组变量输入值时，要用空格或换行符将输入的数值间隔开。

2. 当输入字符串时，>>运算符会跳过空格，读入后面的非空格符，直到遇到另外一个空格才结束，并在字符串末尾自动放置字符\0作为结束标志。

3. 输入数据时，不仅检查数据间的空格，还要进行类型检查、自动匹配

格式化输入/输出

在很多情况下，用户希望自己控制输出格式。C++提供了两种格式控制方法：用ios类成员函数控制格式和用操纵符控制格式。

1. ios类成员函数控制格式

在ios类中，格式控制函数主要是通过对状态标志字、域宽、填充字及其精度来完成的。输入/输出格式由一个long int型的状态标志字确定。在ios类中public部分进行了枚举，见下表：

状态标志	作用
skipws	跳过输入中的空白
left	左对齐格式输出
right	右对齐格式输出
internal	在符号位和数值之间填入字符
dec	十进制数显示
oct	八进制数显示
hex	十六进制数显示
showbase	产生前缀，指示数值的进制基数
showpoint	总是显示小数
uppercase	十六进制数显示0X，科学计数法显示E
showpos	在非负数中显示"+"
boolalpha	把true和false表示为字符串
scientific	以科学记数法形式显示浮点数
fixed	以小数形式显示浮点数
unitbuf	输出操作后立即刷新所有流
stdio	输出操作后刷新stdout和stderr

1. 设置状态标志
   设置状态标志可使用long ios::setf(long flags)函数，格式为：stream_obj.setf(ios::enum_type);
   说明：其中，stream_obj为被影响的流对象，常用的是cin和cout。enum_type为上表中列举的值。要想设置多个状态，彼此间用运算符"|"连接（不能连接相反的格式控制符）。
2. 清除状态标志
   清除状态标志可使用long ios::unsetf(long flags)，格式为：stream_obj.unsetf(ios::enum_type);使用方法和ios::setf()相同。
3. 取状态标志
   取状态标志用flags()，在ios类中重载了两个版本，格式为：long ios::flags();或long ios::flags(long flag);前者用于返回当前状态标志字；后者将状态标志字存储在flag内。需要注意的是，与setf()设置状态标志字不同，flags()是取状态标志字的。
4. 设置域宽
   域宽用于控制输出格式，在ios类中重载了两个函数控制域宽，原型为：int ios::width();或者 int ios::width(int w);第一个函数得到当前的域宽了第二个函数用来设置新的域宽，并返回原来的域宽。需要注意的是，所设置的域宽仅仅对下一个输出的操作有效，当完成一次输出操作后，域宽又恢复为0。
5. 设置填充字符
   填充字符的作用是，当输出值不满域宽时用设定的字符来填充，默认填充的字符为空字符。实际应用中填充字符函数与设置域宽函数配合使用，否则无空可填，毫无意义。ios类提供了两个重载的成员函数来操作填充字符，原型为：char ios::fill();或者char ios::fill(char c);第一个函数返回当前使用的填充字符；第二个函数设置新的填充字符，并返回设置前的填充字符。
6. 设置显示精度
   类似地，ios类也提供了重载的两个函数来显示精度，原型为：int ios::precision();或者int ios::precision(int num);第一个函数返回当前数值精度值；第二个函数设置新的显示精度，并返回设置前的精度。

2.操纵符控制格式

使用ios类成员函数控制输入/输出格式，必须靠流对象来调用，而且不能直接嵌入输入/输出语句中，使用不够方便。C++提供了另外一种控制格式的方法，称为操纵符（控制符）方法，类似于函数的运算符。使用操纵符方法可以嵌入输入/输出语句中。

所有不带参数的操纵符定义在头文件iosream.h中，带形参的操纵符定义在头文件iomanip.h中，使用操纵符时需要包含相应的头文件。

提供的操纵符如下便：

标志	作 用
ws	在输入时跳过开头的空白符，仅用于输入
endl	换行并刷输出流，仅用于输出
ends	插入一个空字符，仅用于输出
flush	刷新一个输出流，仅用于输出
skipws	在输入时跳过输入中的空白符，仅用于输入
noskipws	在输入时不跳过输入中的空白符，仅用于输入
internal	将填充字符加到符号和数值之间
dec	十进制数显示，可用于输入/输出
oct	八进制数显示，可用于输入/输出
hex	十六进制数显示，可用于输入/输出
showbase	产生前缀，指示数值的进制基数
noshowbase	不产生基数前缀
showpoint	总是显示小数
noshowpoint	只有当小数存在时显示小数
uppercase	十六进制数显示0X，科学计数法显示E
nouppercase	十六进制数显示0x，科学计数法显示e
showpos	在非负数中显示"+"
noshowpos	在非负数中不显示"+"
boolalpha	把true和false表示为字符串
noboolalpha	把true和false表示为1和0
scientific	以科学记数法形式显示浮点数
fixed	以小数形式显示浮点数
setfill(ch)	用ch填充空白字符
setprecision(n)	将浮点数精度设置为n
setw(w)	按照w个字符来读或写数值
setbase(b)	以进制基数b来输出整数值
setiosflags(n)	设置有n指定的格式标志
resetiosflags(n)	清除有n指定的格式标志

用户自定义的操纵符控制格式

在C++中，除系统提供的预定义操纵符之外，还允许用户定义操纵符，便于控制一些频繁使用的格式操作，使格式控制更加方便。

自定义输出流操纵符算子函数格式为：ostream &自定义输出操纵符算子函数名(ostream& stream){return stream;}

自定义输入流操纵符算子函数格式为：istream &自定义输出操纵符算子函数名(istream& stream){return stream;}

其他输入/输出函数

1. get()和put()
get(char& ch)从输入流中提取一个字符，包括空白字符，并把它存储在ch中，返回被应用的istream对象。此函数在类istream里。
   对应于get()，类ostream提供了put(char ch)，用于输出字符。
   gei()的重载版本：get(char *str, streamsize size,char delimiter='\n');
   其中str代表一个字符数组，用来存放被读取的字符。size代表可以从istream中读入字符的最大数目。delimiter代表如果遇到它就要结束读取字符的动作，delimiter本身不会被读入，而是留在istream中，作为istream的下一个字符。常见的一个错误是，执行第二个get()时省略delimiter。
2. getline()
   使用get()输入字符串时，经常忘记去掉delimiter所以引入函数getline()，其原型和get()的重载一样：getline(char *str, streamsize size,char delimiter='\n');
   使用getline()比get()方便，它除去了delimiter，而不是将其留作下一个字符。
3. write()和read()
ostream类成员函数write()提供一种输出字符数组的方法。它不是输出"直到终止字符为止"，而是输出某个长度的字符序列，包括空字符。函数原型如下：write(char *str, streamsize size);
   其中str是要输出的字符数组，length是要显示的字符个数。write()返回当前被调用的ostream类对象。
   与ostream类的write()对应的是istream类的read()，原型如下：read(char *str, streamsize size);
read()从输入流中读取size个连续的字符，并将其放在地址从str开始的内存中。gcount()返回由最会一个read()调用所读取的字节数，而read()返回当前被调用的istream类对象。

用户自定义类型的输入/输出

当实现一个类的类型时，有时需要这个类支持输入和输出的操作，以便可以将类对象嵌入输入或输出流中。对于用户自定义的数据类型的输入/输出，可以通过重载>>运算符和<<运算符实现。

重载输出运算符

输出运算符<<，又称为流插入运算符。定义其重载函数的格式为：

ostream &operator<<(ostream &out, class_name &obj)
{
	out << obj.data1;
	out << obj.data2;
	```
	return out;
}

函数中第一个参数out是对ostream对象的引用，即out必须是输出流对象；第二个参数是用户自定义要输出的类对象的引用。
<<运算符不能作为类的成员函数，只能作为友元函数（要访问类的私有成员）来实现。

重载输入运算符

输入运算符>>，又称为流提取运算符。定义其重载函数的格式为：

istream &operator<<(istream &in, class_name &obj)
{
	in >> obj.data1;
	in >> obj.data2;
	```
	return in;
}

函数中第一个参数in是对istream对象的引用，即in必须是输入流对象；第二个参数是用户自定义要输入的类对象的引用。

与<<运算符类似，>>运算符也不能作为类的成员函数，只能作为类的友元函数或独立函数。

例如：>>运算符和<<运算符重载

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
class Word
{
	char* word;
	size_t iNum;//存储字符个数
public:
	Word(const char* const str = NULL);
	virtual ~Word()
	{
		if (word)
			delete[]word;
	}
	friend ostream& operator <<(ostream& out, const Word& obj);
	friend istream& operator >>(istream& in, Word& obj);
};

Word::Word(const char* const str)
{
	if (str != NULL)
	{
		iNum = strlen(str);
		word = new char[iNum + 1];
		strcpy_s(word, iNum + 1, str);
	}
}

ostream& operator<<(ostream& out,const Word& obj)
{
	out << "<" << obj.iNum << ">" << obj.word << endl;
	return out;
}

istream& operator>>(istream& in, Word& obj)
{
	char str[100];
	in.getline(str, 100);
	if (in.gcount() > 0)
	{
		delete[]obj.word;
		obj.iNum = strlen(str);
		obj.word = new char[obj.iNum + 1];
		strcpy_s(obj.word, obj.iNum + 1, str);
	}
	return in;
}

int main()
{
	Word word("hello");
	cout << word;
	cin >> word;
	cout << word;
	return 0;
}

程序运行结果为：

<5>hello
W
<1>W