C++ IO流

李boyang2025-04-20 22:24

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C++ IO流

流是什么

在 C++ 中，"流（Stream）" 是一种 抽象的数据传输机制 ，它通过统一的接口实现了程序与各种输入/输出设备（如键盘、屏幕、文件、内存等）之间的数据流动。流的核心思想是将数据的输入输出操作统一为连续的字节序列处理，提供类型安全和可扩展的操作方式

C++ 标准库中的流主要分为三类：

流类型 头文件 典型用途 示例对象
标准输入输出流 <iostream> 控制台交互 cin, cout, cerr
文件流 <fstream> 文件读写 ifstream, ofstream, fstream
字符串流 <sstream> 内存字符串处理 istringstream, ostringstream, stringstream

流与传统C函数的对比：

特性 C++流 C函数（printf/scanf）
类型安全 ✔️ 编译时检查类型 ❌ 格式符与参数类型需手动匹配
可扩展性 ✔️ 支持自定义类型操作符重载 ❌ 仅支持基本类型
错误处理 ✔️ 通过流状态标志检测 ❌ 需手动检查返回值
性能 ⚠️ 稍慢（因面向对象设计） ✔️ 更快（直接系统调用）
国际化支持 ✔️ 完善（宽字符、本地化） ❌ 有限

C++标准IO流

C++标准库提供了4个全局流对象：

  • 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

注意事项：

  • 在使用cin、cout时必须要包含iostream头文件，并指定td标准命名空间
cpp 复制代码 
#include <iostream> //包含iostream文件

int main()
{
	int a = 0;
	std::cin >> a;
	std::cout << a << std::endl;
	return 0;
}

  • 输入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（置1），程序继续

  • 空格和回车都可以作为数据之间的分隔符，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，则空格无法用cin输入，字符串中也不能有空格，回车符也无法读入.例如，我们使用cin无法将含空格的字符串"hello world"输入到string对象中

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{
	string s;
	cin >> s;          //输入："hello world"
	cout << s << endl; //输出："hello"
	return 0;
}

对于含有空格的字符串，我们需要使用getline函数进行读取，因为getline函数只有遇到\n才会停止读取

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{
	string s;
	getline(cin, s);   //输入："hello world"
	cout << s << endl; //输出："hello world"
	return 0;
}
  • cin和cout可以直接输入和输出内置类型数据。标准库已经将所有内置类型的输入和输出进行重载
  • 对于自定义类型，如果要支持cin和cout的标准输入输出，则需要对<<和>>进行重载

例如，对于下面简单实现的日期类，在对<<和>>进行重载后就能够支持cin和cout的输入输出

cpp 复制代码 
#include <iostream>
using namespace std;
class Date
{
	friend istream& operator>>(istream& in, Date& d);
	friend ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d);
public:
	Date(int year = 2021, int month = 1, int day = 1)
		:_year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
	{}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
//对>>进行重载
istream& operator>>(istream& in, Date& d)
{
	in >> d._year >> d._month >> d._day;
	return in;
}
//对<<进行重载
ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d)
{
	out << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day;
	return out;
}

int main()
{
	Date d;
	cin >> d;          //输入：2021 9 20
	cout << d << endl; //输出：2021-9-20
	return 0;
}

C++文件IO流

文件操作步骤

1.定义一个文件流对象

操作文件的类有三个：

类 对应操作场景
ofstream 只写
ifstream 只读
fstream 读+写

2.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

3、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"的形式进行输入
<<运算符重载 将数据形象地以"流"的形式进行输出

4.关闭文件

cpp 复制代码 
//以二进制的形式对文件进行写入
void WriteBinary()
{
	ofstream ofile; //定义文件流对象
	ofile.open("test.bin", ofstream::out | ofstream::binary); //以二进制写入的方式打开test.bin文件
	char data[] = "2021dragon";
	ofile.write(data, strlen(data)); //将data字符串写入文件
	ofile.put('!'); //将字符'!'写入文件
	ofile.close(); //关闭文件
}

//以二进制的形式对文件进行读取
void ReadBinary()
{
	ifstream ifile; //定义文件流对象
	ifile.open("test.bin", ofstream::in | ofstream::binary); //以二进制读取的方式打开test.bin文件
	ifile.seekg(0, ifile.end); //跳转到文件末尾
	int length = ifile.tellg(); //获取当前字符在文件当中的位置，即文件的字符总数
	ifile.seekg(0, ifile.beg); //重新回到文件开头
	char data[100];
	ifile.read(data, length); //将文件当中的数据全部读取到字符串data当中
	ifile.close(); //关闭文件
}


//以文本的形式对文件进行写入
void WriteTxt()
{
	ofstream ofile; //定义文件流对象
	ofile.open("test.txt"); //以写入的方式打开test.txt文件
	char data[] = "2021dragon";
	ofile.write(data, strlen(data)); //将data字符串写入文件
	ofile.put('!'); //将字符'!'写入文件
	ofile.close(); //关闭文件
}

//以文本的形式对文件进行读取
void ReadTxt()
{
	ifstream ifile; //定义文件流对象
	ifile.open("test.txt"); //以读取的方式打开test.txt文件
	ifile.seekg(0, ifile.end); //跳转到文件末尾
	int length = ifile.tellg(); //获取当前字符在文件当中的位置，即文件的字符总数
	ifile.seekg(0, ifile.beg); //重新回到文件开头
	char data[100];
	ifile.read(data, length); //将文件当中的数据全部读取到字符串data当中
	cout << length << endl;
	cout << data << endl;
	ifile.close(); //关闭文件
}


//对文件进行写入操作
void WriteFile()
{
	ofstream ofs("data.txt"); //定义文件流对象，并打开文件
	ofs << "2021dragon!"; //字符串"流入"文件
	ofs.close(); //关闭文件
}

//对文件进行读取操作
void ReadFile()
{
	ifstream ifs("data.txt"); //定义文件流对象，并打开文件
	char data[100];
	ifs >> data; //文件数据"流入"字符串data
	ifs.close(); //关闭文件
}

c++字符串流

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：

  • 使用itoa函数进行转化
  • 使用sprintf函数进行转化

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

istringstream可以用来提取string中被空格分割的单词

cpp 复制代码 
void split(string& input_line)
{
    cout << "请输入# ";
    vector<string> nums;
    // 读取整行输入
    getline(cin, input_line);
    // 使用字符串流解析数字
    istringstream iss(input_line);
    string tmp;
    // 逐个提取数字并存入vector
    while (iss >> tmp) 
    {
        nums.push_back(tmp);
    }
}

stringstream可以将数值类型数据格式化为字符串

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <sstream>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{
	int a = 10;
	string sa;
	stringstream s;
	s << a; //将int类型的a放入输入流
	s >> sa; //从s中抽取前面插入的int类型的值，赋值给string类型（方式一）
	cout << sa << endl;
	s.str(""); //将stringstream底层管理的string对象设置为""。
	s.clear(); //将上次转换状态清空掉
	//进行下一次转换
	double b = 3.14;
	s << b;
	sa = s.str(); //获取stringstream中管理的string类型（方式二）
	cout << sa << endl;
	return 0;
}

stringstream还可以实现字符串拼接

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <sstream>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{
	string rets;
	stringstream s;
	s << "2021" << "dragon"; //将多个字符串放入stringstream中
	s >> rets; //方式一获取
	cout << rets << endl;
	s.str(""); //将stringstream底层管理的string对象设置为空字符串
	s.clear(); //将上次转换状态清空掉
	s << "Thanks" << " " << "for" << " " << "reading"; //将多个字符串放入stringstream中
	rets = s.str(); //方式二获取
	cout << rets << endl;
	return 0;
}

  • stringstream实际是在底层维护了一个string类型的对象用来保存结果

  • stringstream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，因此在下一次转换前必须调用clear将状态重置为goodbit才可以转换，但clear不会将stringstream底层的string对象清空

  • 可以使用s.str("")的方式将stringstream底层的string对象设置为空字符串，否则多次转换时，会将结果全部累积在底层string对象中

  • 获取stringstream转换后的结果有两个方法，一是使用>>运算符之间从流当中提取，二是使用s.str( )获取stringstream底层的string对象

  • 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，也不会存在格式化失败的风险，因此使用更方便，更安全

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