C++（22）——类型转换和IO流

1. 类型转换

1. C语言中的类型转换

在C语言中，如果赋值运算符左右两侧类型不同，或者形参与实参类型不匹配，或者返回值类型与接收返回值类型不一致时，就需要发生类型转换，C语言中有两种形式类型转换：

1.隐式类型转换：编译器在编译阶段自动进行，能转就转，不能转就编译失败

2. 显式类型转换：需要用户自己处理

缺陷：

1. 隐式类型转换可能出现数据精度丢失等问题

2. 显式类型转换将所有情况混合在一起，可视性较差，都是以同一种形式书写，难以跟踪错误的转换

2. C++强制类型转换

2.1 static_cast

编译期完成的强制类型转换，编译期检查；做编译器认可的、相对安全的转换

static_cast<目标类型>(原数据)

特点：

多用于非多态类型的转换（静态转换），编译器隐式执行的类型转换都可用，不能用于两个不相关的类型进行转换，不能移除const属性，不会做溢出检查

2.2 reinterpret_cast

直接重新解释内存中的二进制bit，不会进行任何的类型检查、不会转换数值、不会调用构造函数，是最暴力的转换

reinterpret_cast<目标类型>(源对象)

特点：

用于不相关类型之间的转换，编译期完成，无任何运行时检查，风险极高，不能进行数值转换，不能移除const属性

2.3 const_cast

唯一能增加 / 移除 const、volatile 属性的强制性类型转换符

const_cast<目标类型>(表达式)

特点：

编译期完成，无运行时检查，不能进行其他类型转换，不能修改原本定义为const的常量

2.4 dynamic_cast

专门用于多态继承下父子类指针/引用之间向下转换（动态转换）

前置硬性条件：基类必须要有虚函数

dynamic_cast<目标类型>(源对象)

特点：

运行时RTTI检查，对指针转换失败时返回nullptr，对引用转换失败时抛异常 bad_cast

2.5 RTTI（了解）

Run‑Time Type Information------运行时类型信息

程序运行起来之后，能够获取对象的实际类型信息的一套机制

两个核心工具：1. dynamic_cast 向下转型 2. typeid 获取对象的类型信息

2.6 对比

|------------------|-------------------------------|------------|-----------|
| 转换运算符 | 核心用途 | 检查时机 | 必备条件 |
| static_cast | 常规安全转换，数值转换、void * 互转、继承上下转型 | 编译期 | 无 |
| reinterpret_cast | 暴力二进制重解释；指针↔指针、指针↔整数 | 无检查 | 无 |
| const_cast | 增加 / 移除 const、volatile 属性 | 无检查 | 只能指针 / 引用 |
| dynamic_cast | 多态父子类向下安全转型，运行时校验 | 运行时 (RTTI) | 基类要有虚函数 |

2. IO流

1. C语言的输入与输出

C语言种常用的输入输出方式：scanf()和printf()。scanf()：从标准输入设备（键盘）读取数据，将其存放在变量中，printf()：将指定的文字/字符串输出到标准输出设备（屏幕）。C语言的输入输出都借助了相应的缓冲区来实现

2. 流

流就是数据从一处流向另一处，是对一种有序连续 且具有方向性的数据的抽象描述

为了实现这种流动，C++定义了I/O标准类库

3. C++IO流

3.1 标准IO流

四大标准流对象

|------|---------|----------|------|----------|
| 对象 | 类型 | 方向 | 默认设备 | 缓冲特性 |
| cin | istream | 输入：外部→程序 | 键盘 | 行缓冲 |
| cout | ostream | 输出：程序→外部 | 显示器 | 行缓冲 |
| cerr | ostream | 错误输出 | 显示器 | 无缓冲，立刻打印 |
| clog | ostream | 日志输出 | 显示器 | 带缓冲 |

流的四种状态标志

1. good()：true → 一切正常，没有出错

2. eof()：true → 读到文件 / 输入末尾（EOF）

3. fail()：true → 逻辑错误，读取失败，例如：读 int 输入字母

4. bad()：true → 致命错误，流已经损坏，不可恢复

运算符

>> 提取运算符：从流对象中拿数据 cin >> a

<< 插入运算符：把数据送入流对象 cout << a

缓冲区

输出的数据不会立刻显示到屏幕，先存放在缓冲区

刷新缓冲区时机：

1. 遇到换行符endl（endl = \n + 刷新缓冲区）

2. 缓冲区写满

3. 程序结束

4. 手动刷新：cout.flush()

注意点：

1. 只有把输入缓冲区的数据读取完后，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，在流的状态字state中对应位置置1，程序继续

3. 空格和回车都可以作为数据之间的分隔符，多个数据可以在一行输入也可以分行输入。但是如果是字符型和字符串，则空格（ASCLII码为32）无法使用cin输入，字符串中也不能有空格，回车符也无法读入

4. cin和cout可以直接输入输出内置类型数据，标准库已将所有内置类型的输入输出重载了，对于自定义类型，需要对 << 和 >> 进行重载

5. 连续输入时，vs系列编译器下输入 ctrl+z 即结束

3.2 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步骤：

1. 定义一个文件流对象

2. 使用文件流对象的成员函数打开一个磁盘文件，建立文件流对象和磁盘文件之间的联系

3. 使用运算符或成员函数对文件进行读写操作

4. 关闭文件

三个核心类：

|----------|----------|--------------|-----------------------|
| 类名 | 默认模式 | 功能 | 能否新建文件 |
| ifstream | ios::in | 读文件（文件 → 程序） | 不能，文件不存在，打开失败 |
| ofstream | ios::out | 写文件（程序 → 文件） | 能，文件不存在新建，存在清空 |
| fstream | ios::in | 可读可写文件 | ios::out模式时，能，文件不存在新建 |

3.3 内存IO流（字符串流）

内存流所有操作全部发生在内存中，读写目标是内存区的一块缓冲区

底层缓冲区类：stringbuf（继承streambuf）

内存流三种类：

|---------------|------------------------|
| 类 | 用途 |
| istringstream | 只读内存流，从字符串读取数据，分割字符串 |
| ostringstream | 只写内存流，往字符串写入数据，拼接、类型转换 |
| stringstream | 可读 + 可写内存流，内存上既能读又能写 |

本质：

真正存放字节数据的是 stringbuf ，内部封装了一个 std::string 对象

对流做的读写操作，本质就是在操作缓冲区里的 string

注意点：

1. 多次数据类型转换时，一定要用clear()来清空，才能正确转换

2. 使用 .str() 让stringstream返回其底层的string对象，也可以使用 .str(" ") 将底层string对象置为空字符串