CPPIO流

IO流

一、C++流介绍

流

定义：一段有序的字节序列

作用：主要用程序读取和写入数据

1、基本概念

流（Stream）：在C++中，IO操作是通过流来完成的。流被看作是从源（如文件、键盘、网络连接等）到目标（如内存、磁盘等）的数据传输通道。

这种通道可以是单向的（如输入流或输出流）或双向的（如支持读写的文件流）。通过流可以实现程序与文件、网络套接字等进行数据交互。

2、C++中的流类库

C++中I/O（输入/输出）标准类定义在iostream，fstream，strstream3个头文件中，对应的是标准I/O流 、文件I/O流 、字符串I/O流。

1. 标准I/O流 ：涉及到与程序的标准输入（cin，通常关联着键盘）和标准输出（cout，通常关联着屏幕）设备的交互。此外，还包括错误输出流（cerr）和日志输出流（clog）等。
2. 文件I/O流 ：用于读写外部文件。C++提供了如ifstream（用于读取文件）、ofstream（用于写入文件）和fstream（既能读也能写）等类来处理文件操作。
3. 字符串I/O流 ：允许程序将数据读取到或写入到字符串中，主要通过istringstream（读取字符串）、ostringstream（写入字符串）和stringstream（可读写字符串）类实现。

各头文件包含的常用类如下：

• 进行标准I/O操作时使用iostream头文件，它包含ios、iostream、istream、ostream等类
• 进行文件I/O操作时使用fstream头文件，它包含fstream、ifstream、ofstream和fstreambase等类
• 进行串I/O操作时使用sstream头文件，它包含istringstream、ostringstream、stringstream等类

二、ifstream流

ifstream 是 C++ 标准库中的一个类，用于从文件中读取数据。它是 istream 类的派生类，因此继承了所有用于输入操作的功能。使用 ifstream 可以打开文件、读取数据，并在完成操作后关闭文件。

1、打开文件

首先包含头文件：

#include <fstream>
using namespace std;

（1）构造函数

方式一，可以直接在创建 ifstream 对象时指定文件路径。

ifstream inputFile("example.txt");

（2）open()函数

方式二，先创建对象，然后使用 open 函数指定文件路径。

ifstream inputFile;
inputFile.open("example.txt");

（3）状态检查

fail() 成员函数用来检查流是否处于失败状态，这包括读取或写入错误、格式匹配错误等情况。如果之前的操作导致流进入失败状态（比如文件打开失败，或者读写操作遇到不可恢复的错误），则fail()将返回true。此检查广泛用于确定是否出现了任何类型的错误。

int main()
{
    ifstream inputFile("data.txt");
    if (inputFile.fail()){
        cerr << "无法打开文件!" << endl;
        return 0;
    }
}

或则：

if (!inputFile) 
{
    cerr << "无法打开文件!" << endl;
    return 0;
}
    
if(!inputFile.is_open())
{
    std::cout << "文件打开失败" << std::endl;
    return -1;
}

这种用法利用了流对象可以直接作为布尔条件表达式的特性。当流对象用作条件时，它会隐式转换为其内部的bool值，这个值由!stream.fail()决定。如果流是好的（没有失败），表达式值为true；如果流失败了，则为false。所以这条语句也是检查流是否失败，与直接调用fail()效果相同，但在语法上更加简洁。

2、读取数据

（1）字符读取

get(ch)函数用于读取一个字符。其中，ch 是一个字符变量，用来接收从文件中读取的字符。

char ch;
inputFile.get(ch);
cout << ch << endl;

如果成功读取到字符，该字符会被存储到 ch 中。

循环读取文件中的字符：

char ch;
while (inputFile.get(ch)) 
{
    cout << ch;
}

（2）读取一行

getline 函数来自 <string> 头文件，专门用于处理 std::string 类型。其原型为：

std::istream& getline(std::istream& is, std::string& str, char delim = '\n');

读取的文本将存储到字符串中，delim：默认分隔符是换行符（\n）。

int main()
{
    //==========读取一行===============
    ifstream stream("example.txt");
    std::string line;
    std::getline(stream, line);
    cout << "读取一行数据：" << line << endl;
    //=====读取全部=====
    //循环继续调用getline读取剩余的每一行，直到文件结束。
    while (std::getline(stream, line))
    {
        cout << "读取一行数据：" << line << endl;
    }
}

3、提取运算符 (>>)

用于输入操作，从流中提取数据。例如，cin >> variable会从标准输入设备读取数据并存储到变量中。

另外，提取运算符可以连续使用，用于从流中顺序读取多个数据项。例如，从标准输入读取两个数字：

ifstream inputFile("example.txt");
int number;
double decimal;
inputFile >> number >> decimal;

空白跳过 ：默认情况下，>> 会自动跳过前导空白字符（如空格、制表符、换行符）。

ifstream使用提取运算符，循环从流中读取数据：

ifstream inputFile("example.txt");
string s;
while (inputFile >> s) { 
    cout << "s: " << s << endl; 
}

4、关闭流

• 显式关闭：

inputFile.close();

• 自动关闭 ：当 ifstream 对象离开作用域时，流会自动关闭。

三、ofstream流

ofstream 类，是 std::ostream 的派生类，用于处理文件的输出操作，即写入数据到文件中。

ofstream 可以创建新文件或覆盖现有文件并向其写入数据。ofstream 在 <fstream> 头文件中。

1、创建流对象

创建一个 ofstream 类型的对象，可以在构造函数中指定文件名，或者先声明后使用 open() 函数指定文件。

std::ofstream outputFile("output.txt");

2、检查状态

使用 is_open() 成员函数检查文件是否成功打开。

if (!outputFile.is_open()) {
    std::cerr << "无法打开文件!" << std::endl;
    return 0;
}

3、写入数据

使用插入运算符 << 向文件写入各种类型的数据，如字符串、数字等。

int main()
{
    ofstream outputFile;
    outputFile.open("data.txt");
    if(outputFile.is_open())
    { 
        outputFile << "hello world!\n";
        outputFile << 100 << std::endl;
    }
    else
    {
        cout << "文件打开失败" << endl;
    }
    outputFile.close();
    return 0;
}

4、关闭流

操作完成后，可以通过调用 close() 方法手动关闭，也可以在对象生命周期结束时也会自动关闭。

outputFile.close();

5、文件流模式

默认以覆盖模式打开文件，如果需要追加内容而不是覆盖，可以在打开文件时设置相应的模式。

打开方式在ios类中定义，有输入方式、输出方式和追加方式等。

方式	作用	ifstream	ofstream	fstream
ios::in	用输入方式打开，只能读不能写	√	×	√
ios::out	用输出方式打开，只能写不能读	×	√	√
ios::app	以追加的方式打开文件，打开后文件指针在文件尾部，可以改写	×	√	√
ios::binary	以二进制方式打开文件	√	√	√

上述参数可以结合运算符|一起使用，例如：

ios::in | ios::out 以读写方式打开文件，对文件可读可写

ios::in | ios::binary 以二进制方式打开文件，可以进行读操作

int main()
{
    //使用追加模式打开文件
    ofstream outputFile("data.txt", ios::app);
    if(outputFile.is_open())
    { 
        outputFile << "hello world!\n";
        outputFile << 100 << std::endl;
    }
    else
    {
        cout << "文件打开失败" << endl;
    }
    outputFile.close();
}

6、图片复制案例

#include <fstream>
#include <iostream>

int main () {

	std::ifstream input("123.png",std::ios::binary);
	std::ofstream output("456.png", std::ios::binary);
	char buffer[1024];
	while (input.read(buffer,1024)) {
		output.write(buffer, input.gcount()); //input.gcount()：输出流每次读取真实大小

	}
	if (input.gcount() > 0) {
		output.write(buffer, input.gcount());
	}
	//图片较小可以直接用下面代码
	//output << input.rdbuf();
	return 0;
}

或者

#include <iostream>
#include <fstream>//包含输入输出流头文件
using namespace std;
int main03()
{
	//复制照片
	ifstream input("OIP-C.webp", ios::binary);//二进制方式打开
	if(!input.is_open())
	{
		cout << "文件打开失败" << endl;
		return -1;
	}
	else
	{
		cout << "文件打开成功" << endl;
	}
	//输出文件流
	ofstream output("copy.webp", ios::binary);//二进制方式打开
	if(!output.is_open())
	{
		cout << "文件打开失败" << endl;
		return -1;
	}
	else
	{
		cout << "文件打开成功" << endl;
	}
	//读取数据
	char ch;
	while(input.get(ch)) //读取一个字符
	{
		output.put(ch); //写一个字符
	}
	//关闭流
	input.close();
	return 0;
}