C++面向对象程序设计 - 标准输出流

在C++中,标准输出流通常指的是与标准输出设备(通常是终端或控制台)相关联的流对象。这个流对象在C++标准库中被定义为std::cout、std::err、std::clog,它们是std::ostream类的一个实例。

一、cout,cerr和clog流

ostream类定义了3个输出流对象,即cout,cerr,clog。

1.1cout流对象

(1) cout是console output的缩写,意为控制台(终端显示器)的输出。它不是C++预定义的关键字,而是ostream流类的对象,在iostream中定义。顾名思义,流是流动的数据,cout流是流向输出(显示设备)的数据,cout流中的数据是用流插入运算符"<<"顺序加入的。

示例如下:

cpp 复制代码
cout <<"Hello World!" <<"I am learning C++.";

cout流是容纳数据的载体,而并不是运算符。cout将它们输送到输出设备上显示,在显示设备上输出"Hello Wordl! I am learning C++."。

(2) 在使用"cout <<"输出基本类型的数据时,不必考虑数据是什么类型,系统会自动判断数据的类型,并根据类型选择调用与之匹配的运算符重载函数。示例如下:

cpp 复制代码
cout <<10.0f <<100.58 <<'=' <<"operator"; 

(3) cout流在内存中对应开辟了一个缓冲区,用来存储流中的数据,当向cout流插入一个endl时,不论缓冲区是否已满,都立即输出流中所有数据,然后插入一个换行符,并刷新流(清空缓冲区)。示例如下:

cpp 复制代码
cout <<"Hello World" <<endl;
cout <<"I am learning C++" <<endl;

注意的是如果插入换行符"\n",则只是换行而已,并不是刷新cout流,与endl刷新流是清空缓冲区不是一回事。

(4) 在iostream中只对"<<"和">>"运算符用于标准类型数据的输入输出进行了重载,但未对用户声明的类型数据的输入输出进行重载。所以用户可以声明新的类型,并用"<<"和">>"运算符对其进行输入输出另作重载。

1.2 cerr流对象

cerr流对象是标准出错流,cerr流已被指定为与显示器关联,cerr作用是向标准出错设备(standard error device)输出有关的出错信息。cerr是console error的缩写,意为在控制台(显示器)显示出错的信息。

注意的是cerr和cout的作用和用法虽然差不多,但是有一点不同的是,cout流通常是传送到显示设备输出,也可以被重定向输出到磁盘文件,而cerr流中的信息只能显示输出。

通过解一元二次方程,其一般解为,但若a=0,或时,用公式出错。编写程序,从键盘输入a、b、c的值,求。如果a=0或,输出错误信息。代码示例如下:

cpp 复制代码
#include <iostream>
#include <cmath>
using namespace std;

int main(){
	float a, b, c, disc;
	cout <<"Please enter the values of a, b, c:";
	cin >>a >>b >>c;
	// 如果a等于0输出错误信息
	if(a == 0){
		cerr <<"a is equal to zero, error!" <<endl;
	} else{
		// 如果b * b - 4 * a * c)结果小于0 ,输出错误信息
		if( (disc = b * b - 4 * a * c) < 0 ){
			cerr <<"Erro: dist=b*b-4*a*c<0" <<endl;
		} 
		// 满足条件,则正常输出结果
		else{
			cout <<"x1 = " <<(-b + sqrt(disc) / (2*a)) <<endl;
			cout <<"x2 = " <<(-b - sqrt(disc) / (2*a)) <<endl;
		}
	}
	return 0;
}

1)如输入a=0,运行后结果如下图:

2)如输入,运行后结果如下图:

3)如满足条件,运行后结果如下图:

1.3 clog流对象

clog流对象也是标准出错流,它是console log的缩写,作用与cerr相同,都是在终端显示器上显示出错信息。它们之间只是有微小区别。cerr是不经过缓冲区,直接向显示器上输出有关信息,而clog中的信息存放在缓冲区中,缓冲区满后或遇endl时向显示器输出。

示例如下:

cpp 复制代码
#include <iostream>
using namespace std;

int main(){
	clog <<"This is a message to the C library's error stream." <<endl;
	clog.flush();		//确保消息被立即刷新到设备
	return 0;
}

运行结果如上图:

实际编程中,cerr通常用于输出需要立即显示的错误消息或调试信息,而clog用于记录那些稍后再处理的更详细的日志信息。这只是常见的约定,并不是强制的。

二、格式输出

在输出数据时,为简便起见,往往不指定输出的格式,由系统根据数据的类型采取默认的格式,但有时希望数据按指定的格式输出,如要求以十六进制或八进制形式输出一个整数,对输出的小数只保留两位小数等。

2.1 使用控制符控制输出格式

以下为输出数据的控制符,如下表:

控制符 作用
dec 设置整数的基数为10
hex 设置整数的基数为16
oct 设置整数的基数为8
setbae(n) 设置整数的基数为n(n只能是8,10,16三者之一)
setfill(c) 设置填充字符c,c可以是字符常量或字符变量
setprecision(n) 设置实数的精度为n位,在以一般十进制小数形式输出时n代表有效数字。在以fixed(固定小数位数)形式和scientific(指数)形式输出时n为小数位数。
setw(n) 设置字段宽度为n位
setiosflags(ios::fixed) 设置浮点数以固定的小数位数显示
setiosflags(ios::scientific) 设置浮点数以科技记数法(即指数形式)显示
setiosflags(ios::left) 输出数据左对齐
setiosflags(ios::right) 输出数据右对齐
setiosflags(ios::skipws) 忽略前导的空格
setiosflags(ios::uppercase) 在以科学记数法输出E和以十六进制输出字母X时以大写表示
setiosflags(ios::showpos) 输出正数时给出"+"号
resetioflags() 终止已设置的输出格式状态,在括号中应指定内容

注意的是,这些控制符是在头文件iomanip中定义的,因而程序中应当包含头文件ipmanip。以下通过案例了解以上的方法,代码如下:

cpp 复制代码
#include <iostream>
#include <iomanip>
using namespace std;

int main(){
	int a = 20;			//定义整数a值为20
	// 输出信息
	cout <<"Dec:" <<dec <<a <<endl;			//以十进制形式输出整数
	cout <<"Hex:" <<hex <<a <<endl;			//以十六进制形式输出整数a
	cout <<"Oct:" <<oct <<a <<endl;			//以八进制形式输出整数a
	
	cout <<endl;
	// 通过setbase输出
	cout <<"Use setbase to set the base:" <<endl;
	cout <<"Dec:" <<setbase(10) <<a <<endl;			//以十进制形式输出整数
	cout <<"Hex:" <<setbase(16) <<a <<endl;			//以十六进制形式输出整数a
	cout <<"Oct:" <<setbase(18) <<a <<endl;			//以八进制形式输出整数a
	
	cout <<endl;
	// 设置精度,宽度以及填充字符
	double PI = 3.1415926;
	cout <<"set precision 2: " <<setprecision(2) <<PI <<endl;		//改为2位小数
	cout <<setw(10) <<setprecision(2) <<PI <<endl;					//设置宽度为10
	cout <<setfill('*') <<setw(10) <<setprecision(2) <<PI <<endl;	//设置填充字符
	
	cout <<endl;
	// setiosfloags
	cout <<setiosflags(ios::scientific) <<setprecision(8);				// 按指数形式输出8位小数
	cout <<"PI = " <<PI <<endl;											// 指数形式输出PI值
	cout <<"precision 4 PI = " <<setprecision(4) <<PI <<endl;			// 指数形式 输出PI为4位小数
	
	cout <<"Left aligned, PI = " <<left <<setw(20) <<PI <<endl;			// 左侧齐
	cout <<"Right aligned, PI = " <<right <<setw(20) <<PI <<endl;		// 右对齐 
	
	// 使用大写字母
	cout <<"Uppercase: " <<uppercase <<hex <<255 <<endl;				//以16进制显示并使用大写字母
	cout <<"Show positive sign:" <<showpos <<PI <<endl;
	// 注意此时
	cout <<"Fixed, PI = " <<setiosflags(ios::fixed) <<PI <<endl;		// 改为小数形式输出
	return 0;
}

运行结果如下图:

最后代码试图将科学记数法设置为小数位,但是(cout <<"Fixed, PI = " <<setiosflags(ios::fixed) <<PI <<endl;)输出结果为+0XC.90FDA6896C25P-2,它可能是由于被setiosflags错误的解析导致的,通过resetiosflags重置清理掉前面的科学记数法格式即可。在上述代码后面追加以下代码即可:

cpp 复制代码
// 重置指数形式
cout <<"reset ios flags:" <<endl;
cout <<resetiosflags(ios::scientific | ios::showpos);
cout <<"PI = " <<PI <<endl;

resetiosflags中ios::scientific是清除科学记数法,ios::showpos是清除数值前面"+"号,输出结果如下图:

2.2 用流对象的成员函数控制输出格式

除了可以用控制符来控制输出格式,还可以通过调用流对象cout中用于控制输出格式的成员函数来控制输出格式。用于控制输出格式的常用的成员函数如下表:

流成员函数 与之作用相同的控制符 作用
precision(n) setprecision(n) 设置实数的精度为n位
width(n) setw(n) 设置字段宽度为n位
fill(c) setfill(c) 设置填充字符c
setf() setiosflags() 设置输出格式状态,括号中应给出格式状态,内容与控制符setiosflags括号中的内容相同。
unsetf() resetiosflag() 终止已设置的输出格式状态,在括号中应该指定内容

格式标志在类ios中被定义为枚举值,因此在引用这些格式标志时要在前面加上类名ios和域运算符"::"。格式标志如下表:

格式标志 作用
ios::left 输出数据在本域范围内向左对齐
ios::right 输出数据在本域范围内向右对齐
ios::internal 数值的符号位在域宽度内左对齐,数值右对齐,中间由填充字符填充
ios::dec 设置整数的基数为10
ios::oct 设置整数的基数为8
ios::hex 设置整数的基数为16
ios::showbase 强制输出整数的基数(八进制数以0打头,十六进制数以0x打头)
ios::showpoint 强制输出浮点数的小点和尾数0
ios::uppercase 在以科学记数法格式E和以十六进制输出字母时以大写表示
ios::showpos 对正数显示"+"号
ios::scientific 浮点数以科学记数法格式输出
ios::fixed 浮点数以定点格式(小数形式)输出
ios::unitbuf 每次输出之后刷新所有的流
ios::stdio 每次输出之后清除stdout, stderr

下面使用流控制成员输出之前案例数据,代码如下:

cpp 复制代码
#include <iostream>
#include <iomanip>
using namespace std;

int main(){
	int a = 20;			//定义整数a值为20
	// 输出信息
	cout.setf(ios::dec);				//设置以十进制形式输出整数
	cout <<"Dec:" <<a <<endl;
	cout.unsetf(ios::dec);			
	cout.setf(ios::hex);				//设置以十六进制形式输出整数a
	cout <<"Hex:" <<a <<endl;			
	cout.unsetf(ios::hex);
	cout.setf(ios::oct);				//设置以八进制形式输出整数a
	cout <<"Oct:" <<a <<endl;			
	cout.unsetf(ios::oct);
	
	cout <<endl;
	
	// 设置精度,宽度以及填充字符
	double PI = 3.1415926;
	cout <<"set precision 2, PI = " <<PI <<endl;			//显示PI值
	cout.width(30);											//设置宽度为30
	cout <<"set width, PI =" <<PI <<endl;	
	cout.width(30);											//设置宽度为30
	cout.fill('*');											// 置填充字符*
	cout <<"set fill, PI =" <<PI <<endl;
	
	cout <<endl;
	cout <<"set internal:" <<endl;
	cout.width(30);											//设置宽度为30
	cout.fill(' ');											// 置填充字符*
	cout.setf(ios::internal | ios::showpos);
	cout <<PI <<endl;
	cout.unsetf(ios::internal | ios::showpos);
	
	cout <<endl;
	// 标记为科学记数法
	cout.setf(ios::scientific);								// 设置为科学记数法
	cout <<"set scientific, PI = " <<PI <<endl;
	cout.precision(4);										//保留4位小数
	cout <<"precision 4, PI = " <<PI <<endl;
	
	cout <<endl;
	// 指定用定点形式输出
	cout.setf(ios::fixed);
	cout <<"Fixed, PI = " <<PI <<endl;
	cout.unsetf(ios::fixed);
	return 0;
}

运行后结果如下图:

这里同样,在最后输出时PI未得到想要结果,这是因为在设置科学记数法格式cout.setf(ios::scientific)未及时清除设置的格式标志导致的,所以添加cout.unsetf(ios::scientific)及时清除以避免影响后续输出。

完整代码如下:

cpp 复制代码
#include <iostream>
#include <iomanip>
using namespace std;

int main(){
	int a = 20;			//定义整数a值为20
	// 输出信息
	cout.setf(ios::dec);				//设置以十进制形式输出整数
	cout <<"Dec:" <<a <<endl;
	cout.unsetf(ios::dec);			
	cout.setf(ios::hex);				//设置以十六进制形式输出整数a
	cout <<"Hex:" <<a <<endl;			
	cout.unsetf(ios::hex);
	cout.setf(ios::oct);				//设置以八进制形式输出整数a
	cout <<"Oct:" <<a <<endl;			
	cout.unsetf(ios::oct);
	
	cout <<endl;
	
	// 设置精度,宽度以及填充字符
	double PI = 3.1415926;
	cout <<"set precision 2, PI = " <<PI <<endl;			//显示PI值
	cout.width(30);											//设置宽度为30
	cout <<"set width, PI =" <<PI <<endl;	
	cout.width(30);											//设置宽度为30
	cout.fill('*');											// 置填充字符*
	cout <<"set fill, PI =" <<PI <<endl;
	
	cout <<endl;
	cout <<"set internal:" <<endl;
	cout.width(30);											//设置宽度为30
	cout.fill(' ');											// 置填充字符*
	cout.setf(ios::internal | ios::showpos);
	cout <<PI <<endl;
	cout.unsetf(ios::internal | ios::showpos);
	
	cout <<endl;
	// 标记为科学记数法
	cout.setf(ios::scientific);								// 设置为科学记数法
	cout <<"set scientific, PI = " <<PI <<endl;
	cout.precision(4);										//保留4位小数
	cout <<"precision 4, PI = " <<PI <<endl;
	cout.unsetf(ios::scientific);
	
	cout <<endl;
	// 指定用定点形式输出
	cout.setf(ios::fixed);
	cout <<"Fixed, PI = " <<PI <<endl;
	cout.unsetf(ios::fixed);
	return 0;
}

输出结果如下图:

三、用流成员函数put输出字符

在程序中一般用cout和插入运算符"<<"实现输出,cout流在内存中有相应的缓冲区。有时有些特殊输出要求,ostream类还提供了专用于输出单个字符的成员函数put。

3.1 ASCII码输出

如下示例代码:

cpp 复制代码
#include <iostream>
using namespace std;

int main(){
	// ASCII字符码输出
	int arr[] = {71, 79, 79, 68};		// 字母GOOD分别对应ASCII码71,79,68
	// 循环输出单个字符
	for(int i = 0; i<4; i++) cout.put(arr[i]);
	cout.put('\n');
	return 0;
}

运行结果如下图:

3.2 字符串反转

也可使用cout.put()对字符串进行反转输出,示例代码如下:

cpp 复制代码
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

int main(){
	string message = "Hello World!";		//定义字符串信息
	const char *str = message.c_str();		//将字符串转换为char字符数组
	// 循环输出字符信息,倒序输出
	for(int i = message.length() - 1; i >= 0; i--) cout.put(*(str + i));
	// 换行
	cout.put('\n');
	return 0;
}

运行后结果如下图:

字符指针变量str指向第1个字符'H', a+1则是第2个字符'e'的地址,*(a+1)的值就是'e'。指针的相关知识前面已讲解过,想了解朋友可以翻看下,地址:C++面向对象程序设计 - 对象指针和this指针_面向对象版本的指针-CSDN博客

3.3 putchar函数

除了可以用cout.put函数输出一个字符外,还可以用putchar函数输出一个字符。putchar函数是C语言中使用的,在stdio.h头文件中定义的。所以3.2中示例可以修改为putchar函数,代码如下:

cpp 复制代码
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

int main(){
	string message = "Hello World!";		//定义字符串信息
	const char *str = message.c_str();		//将字符串转换为char字符数组
	// 循环输出字符信息,倒序输出
	for(int i = message.length() - 1; i >= 0; i--) putchar(*(str + i));
	// 换行
	cout.put('\n');
	return 0;
}

运行后输出结果与3.2相同。

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