C++： IO流 - 技术栈

1、C语言输入输出

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

输入输出缓冲流：

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"。

流的概念：

" 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。

2、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。
使用文件 I/O 流需要包含 <fstream> 头文件，其中包含了用于文件操作的各种类和函数。

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： 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。

3、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

读取文件 ：使用 ifstream 对象可以通过 >> 运算符从文件中读取数据，也可以使用 getline() 函数逐行读取文本文件的内容。

写入文件 ：使用 ofstream 对象可以通过 << 运算符向文件中写入数据，也可以使用 write() 函数写入二进制数据。

打开流对象的方式如下如所示：

代码示例：

cpp 复制代码

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#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()
	{
		// 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;
};
struct ServerInfo
{
	char _address[32];
	int _port;
	Date _date;
};

// 重载输入流运算符，用于从输入流中读取日期对象的年、月、日信息
istream& operator >> (istream& in, Date& d)
{
	in >> d._year >> d._month >> d._day; // 从输入流中依次读取年、月、日信息
	return in; // 返回输入流对象的引用
}

// 重载输出流运算符，用于向输出流中输出日期对象的年、月、日信息
ostream& operator << (ostream& out, const Date& d)
{
	out << d._year << " " << d._month << " " << d._day; // 将年、月、日信息输出到输出流
	return out; // 返回输出流对象的引用
}

struct ConfigManager
{
public:
	ConfigManager(const char* filename)
		:_filename(filename)
	{}
	void WriteBin(const ServerInfo& info)
	{
		ofstream ofs(_filename, ios_base::out | ios_base::binary);
		ofs.write((const char*)&info, sizeof(info));
	}
	void ReadBin(ServerInfo& info)
	{
		ifstream ifs(_filename, ios_base::in | ios_base::binary);
		ifs.read((char*)&info, sizeof(info));
	}
	void WriteText(const ServerInfo& info)
	{
		ofstream ofs(_filename);
		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
};
int main()
{
	ServerInfo winfo = { "192.168.0.1", 80, { 2023, 4, 24 } };

	// 二进制读写
	ConfigManager cf_bin("test.bin");
	cf_bin.WriteBin(winfo);
	ServerInfo rbinfo;
	cf_bin.ReadBin(rbinfo);
	cout << rbinfo._address << " " << rbinfo._port << " "
		<< rbinfo._date << endl;
	// 文本读写
	ConfigManager cf_text("test.txt");
	cf_text.WriteText(winfo);
	ServerInfo rtinfo;
	cf_text.ReadText(rtinfo);
	cout << rtinfo._address << " " << rtinfo._port << " " <<
		rtinfo._date << endl;
	return 0;
}

文件 I/O 流在 C++ 中用于实现文件的读取和写入操作。它的主要组成部分包括文件流对象、文件打开和关闭、读取和写入文件数据、文件位置指针、文件状态检查以及错误处理。通过 ifstream、ofstream 和 fstream 对象，可以实现对文件的读取、写入和读写操作。打开文件时需要指定文件路径和打开模式，关闭文件可以释放资源。读取文件时可以使用 >> 运算符或 getline() 函数，写入文件时可以使用 << 运算符或 write() 函数。通过检查文件流的状态，可以确定文件操作是否成功，并在失败时进行错误处理。文件操作模式包括读取模式、写入模式和追加模式等，以确定对文件的操作方式。
文件打开模式：

ios_base::in 表示以读取模式打开文件。当以此模式打开文件时，可以从文件中读取数据，但无法向文件中写入数据。这种模式通常用于读取文本文件或二进制文件的内容。

ios_base::binary 表示以二进制模式打开文件。在此模式下，文件中的数据会按照二进制方式进行读写，而不会进行任何转换或处理。这种模式适用于处理二进制文件，如图像、音频或视频文件，以确保数据的准确性和完整性。

ios_base::out：以写入模式打开文件，允许向文件中写入数据。如果文件不存在，则创建新文件；如果文件已存在，则清空文件内容。

ios_base::app：以追加模式打开文件，允许向文件末尾添加数据。如果文件不存在，则创建新文件；如果文件已存在，则在文件末尾添加数据。

ios_base::ate：以定位模式打开文件，并将文件位置指针定位到文件末尾。可以结合 ios_base::in 或 ios_base::out 使用，用于在文件打开后立即将文件位置指针移动到文件末尾。

ios_base::trunc：在使用 ios_base::out 或 ios_base::app 模式时，如果文件已存在，则清空文件内容。通常与 ios_base::out 或 ios_base::app 一起使用，用于清空已存在文件的内容。