C++基础：Stanford CS106L学习笔记 3 流

目录

• • • [3.1 流概览](#3.1 流概览)
    • [3.2 stringstreams](#3.2 stringstreams)
    • • [3.2.1 定义与使用](#3.2.1 定义与使用)
      • [3.2.1 getline()](#3.2.1 getline())
    • [3.3 输出流](#3.3 输出流)
    • • `std::cout`
      • `std::endl`
      • `'\n'`
      • `cerr&clog`
      • `std::ofstream&std::ifstream`
    • [3.4 输入流](#3.4 输入流)
    • • std::cin

3.1 流概览

Streams------a general input/output(IO) abstraction for C++

流作为一种通用的输入输出抽象机制，为 C++ 程序处理数据的读取（输入）和写入（输出）提供了统一的接口，屏蔽了不同数据来源 / 目的地的底层差异。

std::cout << "Hello, World" << std::endl;

std::cout 是 std::ostream 的实例

同理，std::cin 是 std::istream 的实例

集成图：

包含关系：

3.2 stringstreams

3.2.1 定义与使用

std::stringstreams是一种把字符串当作流处理的方式。

在处理数据类型混合的场景中十分实用。

void foo() {
    /// partial Bjarne Quote
    std::string initial_quote = "Bjarne Stroustrup C makes it easy to shoot yourself in the foot"; 
    /// create a stringstream 
    // 方法一：用字符串构造函数初始化字符串流（initialize stringstream with string constructor）
    std::stringstream ss(initial_quote);    
    // 方法二：由于是流所以也可以这样插入字符串
    std::stringstream ss;
    ss << initial_quote;
    
    /// data destinations 
    std::string first; 
    std::string last; 
    std::string language, extracted_quote;
    
    // 问题：>> 只读取到下一个空格，所以此情况extracted_quote只能读取到makes!
    ss >> first >> last >> language >> extracted_quote;
    std::cout << first << " " << last << " said this: "<< language << " " << extracted_quote << std::endl;
}

3.2.1 getline()

istream& getline(istream& is, string& str, char delim)

• getline() 函数会读取输入流 is 中的数据，直到遇到分隔符字符 delim 为止，并将读取到的数据存储到字符串缓冲区 str 中。
• 分隔符字符（delim char）的默认值为'\n'（换行符）。
• getline() 函数会 "消耗" 掉分隔符字符（delim character）！

void foo() {
    /// partial Bjarne Quote
    std::string initial_quote = "Bjarne Stroustrup C makes it easy to shoot yourself in the foot"; 
    /// create a stringstream 
    // 方法一：用字符串构造函数初始化字符串流（initialize stringstream with string constructor）
    std::stringstream ss(initial_quote);    
    // 方法二：由于是流所以也可以这样插入字符串
    std::stringstream ss;
    ss << initial_quote;
    
    /// data destinations 
    std::string first; 
    std::string last; 
    std::string language, extracted_quote;
    
    ss >> first >> last >> language;
    // 使用getline
    std::getline(ss, extracted_quote);
    std::cout << first << " " << last << " said this: "<< language << " " << extracted_quote << std::endl;
}

cppreference------std::getline

3.3 输出流

std::ostream

输出流：一种把输入写入目的源或外部源的方式。

std::cout

用 << 把一些东西输出到控制台。

输出流中的字符会先存储在中间缓冲区中，然后再刷新(flush)到目标位置。

std::cout 流是行缓冲的，在发生显式刷新操作之前，缓冲区中的内容不会显示在外部输出源上！

std::endl

std::endl通知std::cout流结束当前行，也通知流进行刷新操作！

用std::endl可以，但是刷新操作开销很大！

'\n'

'\n'会存到中间缓冲区，减少刷新操作！

注意：

然而，在测试这些示例时，我发现 '\n' 似乎会以类似于 std::cout 的方式刷新缓冲区。进一步研究后，我查阅了 C++ 参考中关于 std::endl 的内容，其中指出："在许多实现中，标准输出是行缓冲的，写入 '\n' 无论如何都会导致刷新，除非执行了 std::ios::sync_with_stdio(false)。" 这表明在许多标准输出中，'\n' 的行为与 std::cout 是相同的。此外，当我在程序中附加 | cat（通过管道将输出传给 cat 命令）时，我注意到在文件输出中，'\n' 并不会立即刷新缓冲区。

std::ios::sync_with_stdio(false)链接

cerr&clog

• cerr（character error）：用于输出可能导致系统崩溃的错误信息（无缓冲），类比std::endl，效率低
• clog（character logging）：用于非关键事件的日志记录（有缓冲），类比'\n'，效率高

链接

std::ofstream&std::ifstream

std::ofstream

一种向文件写入数据的方式！

○ 使用 << 插入运算符（insertion operator）将数据写入文件

○ std::ofstream 类提供了一些成员方法，可自行查阅了解

○ 需要掌握的方法：

■ is_open ()：判断文件流是否成功打开文件，返回 bool 值（true 表示已打开，false 表示未打开）

■ open ()：打开指定文件，将文件与 std::ofstream 对象关联，需传入文件路径等参数

■ close ()：关闭已打开的文件，释放文件资源，避免资源泄漏

■ fail ()：检查文件流操作是否失败（如打开不存在的文件、无写入权限等），返回 bool 值（true 表示操作失败，false

表示操作正常）

ofstream示例：

int main() {
    /// associating file on construction 
    std::ofstream ofs("hello.txt");     // 创建一个指向 "hello.txt" 文件的输出文件流。
    if (ofs.is_open()) {                // 检查文件是否已打开，若已打开，则尝试向该文件写入数据！
        ofs << "Hello CS106L!" << '\n';
    }
    ofs.close();                        // 这会关闭与 "hello.txt" 文件关联的输出文件流。
    ofs << "this will not get written"; // 会静默失败。
    
    ofs.open("hello.txt");                         // 重新打开流。10和11行选其一
    ofs.open("hello.txt", std::ios::app);          // 重新打开流，以追加的方式，而不是截断！
    ofs << "this will though! It's open again";    // 成功写入流
    return 0;
}

ifstream示例：

int inputFileStreamExample() {
    std::ifstream ifs("input.txt"); 
    if (ifs.is_open()) {
        std::string line;
        std::getline(ifs, line);
        std::cout << "Read from the file: " << line << '\n';
    }
    if (ifs.is_open()) {
        std::string lineTwo;
        std::getline(ifs, lineTwo);
        std::cout << "Read from the file: " << lineTwo << '\n';
    } 
    return 0;
}

同一源 / 目标类型的输入流与输出流是互补的！

3.4 输入流

std::istream

一种从目的源或外界源读取数据的方式

std::cin

用>>从外界读取内容

std::cin是带缓冲的！可以将其理解为一个 "临时存储区"：用户先将数据存入这里，之后程序再从这里读取数据

std::cin 的缓冲区会在遇到空白字符时停止（读取 / 存储）

C++的空白字符包括：" "，\n，\t

错误示例一

#include <iostream>

void cinGetlineBug() {
  double pi;
  double tao;
  std::string name;
  std::cin >> pi;
  std::cin >> name;   // 仅仅是吃掉了之前的换行符
  std::cin >> tao;
  std::cout << "my name is : " << name << " tao is : " << tao
            << " pi is : " << pi << '\n';
}

int main() {
    cinGetlineBug();
    return 0;
}

错误示例二

#include <iostream>

void cinGetlineBug() {
  double pi;
  double tao;
  std::string name;
  std::cin >> pi;
  std::getline(std::cin, name);   // 仅仅是吃掉了之前的换行符
  std::cin >> tao;
  std::cout << "my name is : " << name << " tao is : " << tao
            << " pi is : " << pi << '\n';
}

int main() {
    cinGetlineBug();
    return 0;
}

正确示例

#include <iostream>

void cinGetline() {
  double pi;
  double tao;
  std::string name;
  std::cin >> pi;                 // 读取一个浮点数到pi，此时输入缓冲区会留下一个换行符\n
  std::getline(std::cin, name);   // ！会直接读取到缓冲区中残留的\n，导致读取到空字符串，实际作用是 "吃掉" 前面留下的换行符
  std::getline(std::cin, name);   // 读取用户输入
  std::cin >> tao;
  std::cout << "my name is : " << name << " tao is : " << tao
            << " pi is : " << pi << '\n';
}

int main() {
    cinGetline();
    return 0;
}