【STL】iostream 编程：使用插入运算符并控制格式

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本文介绍如何使用插入运算符、如何控制输出格式，以及如何为自定义类重载插入运算符。

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目录

• [1 概述](#1 概述)
• [2 输出宽度](#2 输出宽度)
• • [2.1 width 示例（默认空格填充）](#2.1 width 示例（默认空格填充）)
  • [2.2 width 示例（自定义填充字符）](#2.2 width 示例（自定义填充字符）)
  • [2.3 setw 示例](#2.3 setw 示例)
  • [2.4 规则](#2.4 规则)
  • [2.5 综述](#2.5 综述)
• [3 对齐方式](#3 对齐方式)
• • [3.1 示例](#3.1 示例)
  • [3.2 常用对齐标识](#3.2 常用对齐标识)
  • [3.3 简化写法（C++标准操纵符，无需 setiosflags）](#3.3 简化写法（C++标准操纵符，无需 setiosflags）)
• [4 精度控制](#4 精度控制)
• • [4.1 示例1（无标记）](#4.1 示例1（无标记）)
  • [4.2 示例2（定点标记）](#4.2 示例2（定点标记）)
  • [4.3 示例3（科学计数法）](#4.3 示例3（科学计数法）)
  • [4.4 规则](#4.4 规则)
  • [4.5 简化写法](#4.5 简化写法)
• [5 进制基数](#5 进制基数)
• • [5.1 示例（大小写控制）](#5.1 示例（大小写控制）)
  • [5.2 规则](#5.2 规则)
• [6 带引号字符串操纵符（C++14）](#6 带引号字符串操纵符（C++14）)

1 概述

插入运算符 << 已预先为所有 C++标准数据类型实现，作用是将字节数据写入输出流对象 。插入运算符可配合预定义的流操纵符使用，操纵符能够修改整数的默认输出格式。

你可以通过以下四类配置控制输出样式：

1. 输出宽度

   • setw(n)，设置单次输出占位字符长度；

2. 对齐方式

   • left / right / internal，左对齐、右对齐、符号内对齐；

3. 浮点数精度

   • setprecision(n)，控制小数保留位数或有效数字；

4. 数值进制基数

   • dec（十进制）、hex（十六进制）、oct（八进制）；
     说明

5. 插入运算符 <<

   • 内置支持 int、double、string、bool 等基础类型；自定义结构体 / 类需要自己重载 operator<< 才能直接用 cout << obj。

6. 操纵符 manipulator

   • 如 setw、left、fixed、hex 这类，写在 << 中间，全局修改流的打印规则。

2 输出宽度

想要对齐输出内容，可以通过两种方式为每个输出项指定字段宽度：

• 在流中插入 setw 操纵符；
• 调用流的 width 成员函数；

2.1 width 示例（默认空格填充）

下面示例将所有数值右对齐，每个字段至少占用 10 个字符宽度：

// output_width.cpp
// compile with: /EHsc
#include <iostream>
using namespace std;

int main( )
{
   double values[] = { 1.23, 35.36, 653.7, 4358.24 };
   for( int i = 0; i < 4; i++ )
   {
      cout.width(10);
      cout << values[i] << '\n';
   }
}

运行结果：

可以看到，在输出结果中，长度不足10个字符的数值，左侧会自动填充空格。

2.2 width 示例（自定义填充字符）

如果需要自定义填充字符，使用 fill 成员函数设置填充符号，默认填充字符为空格。

修改上面循环，使用星号填充空白区域：

// output_width.cpp
// compile with: /EHsc
#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
    double values[] = { 1.23, 35.36, 653.7, 4358.24 };
    for (int i = 0; i < 4; i++)
    {
        cout.width(10);
        cout.fill('*');
        cout << values[i] << endl;
    }
}

运行结果：

注：操纵符 endl 等价于换行符 '\n' 并刷新缓冲区。

2.3 setw 示例

同一行打印多组数据时，推荐使用 setw 操纵符连续设置宽度：

下述示例中名字占用7字符宽度，数值占用10字符宽度：

// setw.cpp
// compile with: /EHsc
#include <iostream>
#include <iomanip>
using namespace std;

int main( )
{
   double values[] = { 1.23, 35.36, 653.7, 4358.24 };
   const char *names[] = { "Zoot", "Jimmy", "Al", "Stan" };
   for( int i = 0; i < 4; i++ )
      cout << setw( 7 )  << names[i]
           << setw( 10 ) << values[i] << endl;
}

运行结果：

width 成员函数定义在头文件<iostream>；带参数的操纵符 setw 必须引入 <iomanip>。

2.4 规则

1. setw 和 width 不会截断输出内容。如果数据实际长度超过设定宽度，完整数值照常输出，仅受精度设置约束。
2. setw、width 仅对紧随其后的下一个输出字段生效，打印完一项后宽度自动恢复默认自适应模式。
3. 其余格式化配置（填充字符、精度、进制等）一旦设置会持续生效，必须手动修改才会改变。

2.5 综述

1. width() 与 setw() 区别
   • cout.width(n)：成员函数，单独调用，一次只控制后一个输出；仅需 <iostream>；
   • setw(n)：链式操纵符，写在 << 中间，适合一行多列排版；必须引入 <iomanip>；
2. fill() 持久生效
   • cout.fill('*') 设置后永久有效，不会像 width 一样一次性失效，直到再次调用 fill 修改；
3. 不会截断是核心特性
   • 宽度仅用来预留空位对齐，不是限制最大输出长度；
   • 数字、字符串过长会完整打印，不会被截断；

3 对齐方式

• 通过操纵符 setiosflags 搭配枚举常量 ios::left 开启左对齐。该枚举定义在 ios 类中，使用时必须加上 ios:: 作用域前缀；
• 操纵符 resetiosflags 用于关闭左对齐标记；
• 和 width、setw 只生效一次不同，setiosflags / resetiosflags 设置的格式标记会永久保持，直到手动修改。

3.1 示例

输出流默认采用右对齐。如果想要把上一示例中的名称左对齐、数字保持右对齐，可以修改循环代码如下：

// setw.cpp
// compile with: /EHsc
#include <iostream>
#include <iomanip>
using namespace std;

int main()
{
    double values[] = { 1.23, 35.36, 653.7, 4358.24 };
    const char* names[] = { "Zoot", "Jimmy", "Al", "Stan" };
    for (int i = 0; i < 4; i++)
        cout << setiosflags(ios::left)
        << setw(6) << names[i]
        << resetiosflags(ios::left)
        << setw(10) << values[i] << endl;
}

运行结果：

3.2 常用对齐标识

• ios::left：左对齐，空白填充在右侧；
• ios::right：默认右对齐，空白填充在左侧；
• ios::internal：符号左对齐、数字右对齐（仅对数值生效）。

3.3 简化写法（C++标准操纵符，无需 setiosflags）

left / right 是简化版操纵符，底层等价于 setiosflags，同样持久生效。

// setw.cpp
// compile with: /EHsc
#include <iostream>
#include <iomanip>
using namespace std;

int main()
{
    double values[] = { 1.23, -35.36, +653.7, -4358.24 };
    const char* names[] = { "Zoot", "Jimmy", "Al", "Stan" };
    for (int i = 0; i < 4; i++)
        cout << left << setw(6) << names[i]
        << right << setw(10) << values[i] << endl;
}

4 精度控制

浮点数默认精度为6位有效数字。例如数值3466.9768默认输出为3466.98。

可以通过 setprecision 操纵符修改浮点数打印规则，搭配两个关键格式标记：

• fixed：定点模式，示例数字输出为 3466.976800；
• scientific：科学计数法，示例数字输出为 3466977e+003；

4.1 示例1（无标记）

沿用对齐小节的案例，要求浮点数只保留1位有效数字，修改循环代码：

// setw.cpp
// compile with: /EHsc
#include <iostream>
#include <iomanip>
using namespace std;

int main()
{
    double values[] = { 1.23, 35.36, 653.7, 4358.24 };
    const char* names[] = { "Zoot", "Jimmy", "Al", "Stan" };
    for (int i = 0; i < 4; i++)
        cout << setiosflags(ios::left)
        << setw(6)
        << names[i]
        << resetiosflags(ios::left)
        << setw(10)
        << setprecision(1)
        << values[i]
        << endl;
}

运行结果：

setprecision(1)代表小数点后保留1位

4.2 示例2（定点标记）

如果不想自动启用科学计数法，在循环前开启定点标记：

// setw.cpp
// compile with: /EHsc
#include <iostream>
#include <iomanip>
using namespace std;

int main()
{
    double values[] = { 1.23, 35.36, 653.7, 4358.24 };
    const char* names[] = { "Zoot", "Jimmy", "Al", "Stan" };
    cout << setiosflags(ios::fixed);     //开启定点标记
    for (int i = 0; i < 4; i++)
        cout << setiosflags(ios::left)
        << setw(6)
        << names[i]
        << resetiosflags(ios::left)
        << setw(10)
        << setprecision(1)
        << values[i]
        << endl;
}

运行结果：

4.3 示例3（科学计数法）

把标记换成 ios::scientific 则强制使用科学计数法，同样保留1位小数：

// setw.cpp
// compile with: /EHsc
#include <iostream>
#include <iomanip>
using namespace std;

int main()
{
    double values[] = { 1.23, 35.36, 653.7, 4358.24 };
    const char* names[] = { "Zoot", "Jimmy", "Al", "Stan" };
    cout << setiosflags(ios::scientific);   //开启科学计数法
    for (int i = 0; i < 4; i++)
        cout << setiosflags(ios::left)
        << setw(6)
        << names[i]
        << resetiosflags(ios::left)
        << setw(10)
        << setprecision(1)
        << values[i]
        << endl;
}

运行结果：

4.4 规则

1. 开启 ios::fixed / ios::scientific 任意一种：setprecision(n) = 小数点后保留 n 位数字；
2. 两种标记都不开启（默认浮点模式）：setprecision(n) = 整个数值的有效数字总位数；
3. setiosflags 开启的定点 / 科学计数法标记会持续生效，需要用 resetiosflags 清除；
4. 自动切换科学计数：默认模式下，如果数值量级过大/过小，流会自动切换成科学计数法来满足有效数字要求，定点模式则始终保留小数点，不会自动切换。

4.5 简化写法

无需 setiosflags，可直接使用标准操纵符 fixed / scientific：

cout << fixed << setprecision(2);
cout << scientific << setprecision(3);

5 进制基数

操纵符 dec（十进制）、oct（八进制）、hex（十六进制） 用于设置输入、输出整数时默认的进制。

• 例如向输出流插入 hex 操纵符后，流会自动把整数的内存二进制值转换成十六进制文本输出。
• 若未开启 uppercase 格式标记（默认状态），十六进制里的字母 a~f 会以小写展示；
• 如果开启 uppercase，则字母变为大写 A~F。

流默认的进制为 dec，也就是十进制。

5.1 示例（大小写控制）

// setw.cpp
// compile with: /EHsc
#include <iostream>
#include <iomanip>
using namespace std;

int main()
{
	int num = 15;
	cout << hex << num << endl;      // 输出 f
	cout << hex << uppercase << num << endl; // 输出 F
}

运行结果

5.2 规则

1. 三个进制操纵符作用：
   • dec：十进制（默认）
   • oct：八进制
   • hex：十六进制
     三者均为持久生效，设置后一直保持，直到切换为其他进制。
2. 进制标记、uppercase 标记全局持久；

6 带引号字符串操纵符（C++14）

将字符串写入流后，直接调用 stringstream::str() 可以完整取回原始字符串。但如果后续想用提取运算符 >> 把流内容读取到新字符串，结果会不符合预期 ------因为 >> 默认遇到第一个空白字符就停止读取。

示例代码如下：

std::stringstream ss;
std::string inserted = "This is a sentence.";
std::string extracted;

ss << inserted;
ss >> extracted;

std::cout << inserted;     //  This is a sentence.
std::cout << extracted;    //  This

虽然可以手动处理该问题，但为了更方便地实现字符串"写入-读出"无损往返，C++14在头文件 <iomanip> 中新增了 std::quoted 流操纵符。

• 写入流时：quoted() 会用分隔符（默认双引号"）包裹整个字符串，内部自带的引号会用转义符 \ 转义；

• 读取流时：会持续读取所有字符，直到匹配到末尾的分隔符为止；
  分隔符仅存在于流缓冲区中：

• 使用 >> 提取字符串时，首尾引号会被自动剔除，内部转义符还原；

• 调用 basic_stringstream::str() 获取流内部完整文本时，引号与转义符都会保留；
  插入、提取操作对空白字符的处理逻辑和代码里字符串的书写形式无关，因此无论输入是普通字符串还是原始字符串字面量，quoted 都适用。原始字符串内自带的引号、换行、制表符等内容，都能被 quoted() 完整保留。