C++的IO流 - 技术栈

[3.2 C++文件IO流](#3.2 C++文件IO流)

1.C语言的输入与输出

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。

对输入输出缓冲区的理解：

1.可以屏蔽掉低级I/O的实现 ，低级I/O的实现依赖于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。

2.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，有了这部分呢，就可以定义"行"的概念，然后解析缓冲区的内容，返回一个"行"。

2.流是什么

"流"即是流动的意思，是物质从一处向另一处流动的过程，是一对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++流指的是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，这些每个类都成为流/流类，用以完成某方面的功能。

3.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。

3.1C++标准IO流

C++标准库提供了4个全局流对象cin，cout，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上没有区别，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。

【注意】：

1.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数据取完后，才要求输入新的数据。

2**.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。

3.空格和回车都可以作为数据之间分隔符，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（ASCII码为32）无法用cin输入，字符串也不能有空格。回车符也无法读入。

4.cin和cout可以直接输入和输出内置类型的数据，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。

5.对于自定义类型，如果要支持cin和cout标准输入输出，需要对<<和>>进行重载。

6.在线OJ中的输入和输出：

a.对于IO类型的算法，一般都需要循环输入：

b.输出：严格按照题目的要求进行，多一个少一个空格都不行。

c.连续输入时，vs系列编译器下在输入ctrl+Z时结束。

cpp 复制代码

单个元素循环输入
while(cin>>a)
{
    //...
}

多个元素循环输入
while(cin>>a>>b>>c)
{
    //...
}

整行接收
while(cin>>str)
{
    //...
}

7.istream类型对象转换为逻辑条件判断值

cpp 复制代码

istream& operator>> (int& val);
explicit operator bool() const;

cpp 复制代码

int main()
{
    int a,b;
    while(cin>>a>>b)//cin.operator>>(a).operator(b).operator bool()
    {
        //...
    }
    return 0;
}

cpp 复制代码

class A
{
public:
    A(int a)
        :_a(a)
    { }

    operator的特殊用法，像operator new一样，不是重载而是一个全局函数
    explicit operator int()
    {
        return _a;
    }
    全局函数
    operator bool()
    {
        return _a;
    }

private:
    int _a;
};

int main()
{
    A aa1=1;//单参数的隐式类型转换
    int i = aa1;

    double d = aa1;

    bool ret = aa1;
    std::cout << ret << std::endl;
    return 0;
}

https://cplusplus.com/reference/istream/istream/operator%3E%3E/

https://cplusplus.com/reference/ios/ios/operator_bool/

实际上我们看到使用while(cin >> i)去流中提取对象数据时，调用的是operator>>，返回值是istream类型的对象，那么这里可以做逻辑条件值，源自于istream的对象又调用了operator bool，operator bool调用时如果接收流失败，或者有结束标志，则返回false。

cpp 复制代码

class Date
{
    friend std::ostream& operator << (std::ostream& out, const Date& d);
    friend std::istream& operator >> (std::istream& in, Date& d);
public:
    Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
        :_year(year)
        , _month(month)
        , _day(day)
    {
    }
    operator std::string()
    {
        std::string str;
        str+=std::to_string(_year);
        str+=' ';
        str+=std::to_string(_month);
        str+=' ';
        str+=std::to_string(_day);
        return str;
    }
    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;
};
std::istream& operator >> (std::istream& in, Date& d)
{
    in >> d._year >> d._month >> d._day;
    return in;
}
std::ostream& operator << (std::ostream& out, const Date& d)
{
    out << d._year << " " << d._month << " " << d._day;
    return out;
}

C++ IO流，使用面向对象+运算符重载的方式
能更好的兼容自定义类型，流插入和流提取
int main()
{
    自动识别类型的本质---函数重载
    内置类型可以直接使用---因为库里面ostream类型已经实现了
    int i = 1;
    double j = 2.2;
    std::cout << i << std::endl;
    std::cout << j << std::endl;

    自定义类型则需要我们自己重载<<和>>
    Date d(2025, 10, 10);
    std::cout << d;
    while (d)
    {
        std::cin >> d;
        std::cout << d;
    }

    return 0;
}

3.2 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：

1.定义一个文件流对象。
ifstream ifile（只输入用）

ofstream ofile（只输出用）

fstream iofile（即输入又输出用）

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。
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。
4.关闭文件

4.stringstream的简单介绍

在C语言中，如果想要将一个整型变量的数据转化为字符串格式，如何去做？

1、使用itoa（）函数。

2、使用sprintf（）函数。

但是两个函数在转化时，都得需要先给出保存结果的空间 ，那空间要给多大呢？就不太好界定，而且转化格式不匹配时 ，可能还会的到错误的结果甚至程序崩溃。

cpp 复制代码

int main()
{
    int n = 123456789;
    char s1[32];
    _itoa(n, s1, 10);

    char s2[32];
    sprintf(s2, "%d", n);

    char s3[32];
    sprintf(s3, "%f", n);

    return 0;
}

在C++中，可以使用stringstream类对象来避开此问题。

在程序中如果想要使用stringstream，必须包含头文件<sstream>。在该头文件下，标准库三个类：istringstream、ostringstream、和stringstream，分别用来进行流的输入、输出和输入输出操作，本文主要介绍stringstream。

stringstream主要可以用来：

1.将数值类型数据格式转化为字符串。

cpp 复制代码

#include <sstream>
int main()
{
	int a = 12345678;
	std::string sa;

	将一个整型变量转化为字符串，存储到string类对象中
	std::stringstream s;
	s << a;
	s >> sa;

	//clear（）
	注意多次转换时，必须使用clear（）将上次转换状态清空掉
	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
	因此下一次转换时必须调用clear（）将状态重置为goodbit才可以转换。
	但是clear（）不会将stringstream底层字符串清空掉

	//s.str("");
	将stringstream底层管理string对象设置成""
	否则多次转换时，会将结果全部累积在底层string对象中

	s.str("");
	s.clear();//清空s，不清空会转化失败
	double d = 12.34;
	s << d;
	s >> sa;

	std::string sValue("hello world");
	sValue = s.str(); //str（）方法：返回stringstream中管理的string类型
	std::cout << sValue << std::endl;

	return 0;
}

2.字符串拼接。

cpp 复制代码

#include <sstream>
int main()
{
	std::stringstream sstream;

	//将多个字符串放入sstream中
	sstream << "first" << " " << "string,";
	sstream << " second string";
	std::cout << "strResult is: " << sstream.str() << std::endl;

	sstream.str("");
	sstream.clear();
	std::cout << "strResult is: " << sstream.str() << std::endl;

	return 0;
}

3.序列化和反序列化数据结构。

（但是一般都会使用其他工具，比如：Json、xml啦来进行序列化和反序列化）。

cpp 复制代码

#include <sstream>
struct ChatInfo
{
	std::string _name;//名字
	int _id;          //id
	Date _date;      //时间
    std::string _msg;//聊天信息
};

int main()
{
    //结构信息序列化为字符串
    ChatInfo winfo = { "张三",123456,{2025,10,10},"晚上一起去看电影吧" };
    std::ostringstream oss;
    oss << winfo._name << " " << winfo._id << " " << winfo._date << " "
        << winfo._msg;
    std::string str = oss.str();
    std::cout << str << std::endl;

    我们通过网络这个字符串发送给对象，实际开发中，信息相对更复杂，
    一般会选用Json、xml等方式进行更好的支持
    字符串解析成结构信息
    ChatInfo rInfo;
    std::istringstream iss(str);
    iss >> rInfo._name >> rInfo._id >> rInfo._date >> rInfo._msg;

    std::cout << "------------------------------------------------" << std::endl;
    std::cout << rInfo._date << std::endl;
    std::cout << rInfo._name << ":>" << rInfo._msg << std::endl;
    std::cout << "------------------------------------------------" << std::endl;

    return 0;
}

【注意】：

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

2.多次数据类型转换时，一定要用clear（）来清空，才能正确转化，但是clear（）不会将stringstream底层的string对象清空。

3.可以使用s.str（""）方法将底层string对象设置为""空字符串。

4.可以使用s.str()将stringstream返回其底层的string对象。

5.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，也不会出现格式化失败的风险，因此使用更方便，更安全。