C++ 中IO流详解
一、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),使用时需要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,如下图所示:
对输入输出缓冲区的理解:
- 可以屏蔽掉低级I/O的实现,低级I/O的实现依赖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。
- 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,就可以定义“行”的概念,然后解析缓冲区的内容,返回一个“行”
二、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,是对一种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++流是指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,这些每个类都称为流/流类,用以完成某方面的功能
三、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
3.1 C++标准IO流
C++标准库提供了4个全局流对象cin、cout、cerr、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没有区别,只是应用场景不同
注意:使用这4个流的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的数据取完后,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的分格符,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,字符串中也不能有空格。回车符也无法读入
例如,我们使用cin无法将含空格的字符串"hello world"输入到string对象中
#include <iostream> #include <string> using namespace std; int main() { string s; cin >> s; //输入:"hello world" cout << s << endl; //输出:"hello" return 0; }
对于含有空格的字符串,我们需要使用getline函数进行读取,因为getline函数只有遇到’\n’才会停止读取
#include <iostream> #include <string> using namespace std; int main() { string s; getline(cin, s); //输入:"hello world" cout << s << endl; //输出:"hello world" return 0; }
(4)cin和cout可以直接输入和输出内置类型数据,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的标准输入输出,需要对<<和>>进行重载
(6)在线OJ中的输入和输出
对于IO类型的算法,一般都需要循环输入,连续输入时,vs系列编译器下在输入ctrl+Z时结束
// 单个元素循环输入 while(cin>>a) { // ... } // 多个元素循环输入 while(c>>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
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
istream& operator>> (int& val); explicit operator bool() const;
测试代码:
class Date { friend ostream& operator << (ostream& out, const Date& d); friend istream& operator >> (istream& in, Date& d); public: Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1) :_year(year) , _month(month) , _day(day) {} 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; }; istream& operator >> (istream& in, Date& d) { in >> d._year >> d._month >> d._day; return in; } ostream& operator << (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() { // 自定义类型则需要我们自己重载<< 和 >> Date d(2023, 5, 22); cout << d << endl; while (d)//operator bool(),函数里面规定只要年输入为0就为false { cin >> d; cout << d << endl;; } return 0; }
测试
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,操作文件的类有以下三个:
- ifstream ifile(只读)
- ofstream ofile(只写)
- fstream iofile(可读可写)
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
文件常见的打开方式如下:
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
以二进制的形式操作文件
以二进制的形式对文件进行写入操作:
#include <fstream> int main() { ofstream ofs("log.txt", ios_base::out | ios_base::binary);//以二进制写入的方式打开 char buffer[] = "hello world——aaaaaaaaa..!!"; ofs.write(buffer, sizeof(buffer)); ofs.close(); return 0; }
以二进制的形式对文件进行读取操作:
int main() { ifstream ifs("log.txt", ios_base::in | ios_base::binary);//以二进制读取的方式打开 ifs.seekg(0, ifs.end); //跳转到文件末尾 int length = ifs.tellg(); //获取当前字符在文件当中的位置,即文件的字符总数 ifs.seekg(0, ifs.beg); //重新回到文件开头 char buffer[100];//读取到的数据存在buffer里面 ifs.read(buffer, length); // 处理读取到的数据 for (int i = 0; i < length; i++) { cout << buffer[i]; } cout << endl; ifs.close(); return 0; }
以二进制的形式对文件进行读取操作:
int main() { ifstream ifs("log.txt", ios_base::in | ios_base::binary);//以二进制读取的方式打开 ifs.seekg(0, ifs.end); //跳转到文件末尾 int length = ifs.tellg(); //获取当前字符在文件当中的位置,即文件的字符总数 ifs.seekg(0, ifs.beg); //重新回到文件开头 char buffer[100];//读取到的数据存在buffer里面 ifs.read(buffer, length); // 处理读取到的数据 for (int i = 0; i < length; i++) { cout << buffer[i]; } cout << endl; ifs.close(); return 0; }
注意:使用二进制的方式进行读取不能使用string,否则程序会读取异常,虽然在一个进程里面读取没有问题,一个程序写入,另一个程序读取就会出现问题
使用二进制的方式进行操作文件,很不方便,一般都是使用文本的方式操作文件
以文本的形式操作文件
对文件的操作一般喜欢使用流的方式进行读取,更加方便,可以不使用类的成员的数
以文本的形式对文件进行写入操作:
int main() { ofstream ofs("log.txt");//ofstream不指定打开方式,默认以写的方式打开 //使用流的方式更方便,不使用类的成员函数 ofs << "hello world——aaaaaaaaa..!!!!!!!!!11111111"; ofs.close(); return 0; }
以文本的形式对文件进行读取操作:
int main() { ifstream ifs("log.txt");//ifstream默认以读的方式打开 string s1;//读取到的数据存在s1里面 string s2;//读取到的数据存在s2里面 ifs >> s1 >> s2;//读取到空格就停下了 cout << s1 << " " << s2 << endl; ifs.close(); return 0; }
注意:使用ofstream类对象的open函数时,若不指定打开方式,则默认以写的方式打开文件;使用ifstream类对象的open函数时,若不指定打开方式,则默认以读的方式打开文件;使用fstream类对象的open函数时,若不指定打开方式,则默认以写+读的方式打开文件
四、stringstream的简单介绍
在C语言中,如果想要将一个整形变量的数据转化为字符串格式:
- 使用itoa()函数
- 使用sprintf()函数
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; }
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,可能还会得到错误的结果甚至程序崩溃
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,必须要包含头文件 <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化为字符串
#include<sstream> int main() { int a = 12345678; string sa; // 将一个整形变量转化为字符串,存储到string类对象中 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 // stringstreams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 // 因此下一次转换是必须调用clear()将状态重置为goodbit才可以转换 // 但是clear()不会将stringstreams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; string sValue; sValue = s.str(); // str()方法:返回stringsteam中管理的string类型 cout << sValue << endl; return 0; }
2. 字符串拼接
int main() { stringstream sstream; // 将多个字符串放入 sstream 中 sstream << "first" << " " << "string,"; sstream << " second string"; cout << "strResult is: " << sstream.str() << endl; // 清空 sstream sstream.str(""); sstream << "third string"; cout << "After clear, strResult is: " << sstream.str() << endl; return 0; }
3. 序列化和反序列化结构数据
#include <sstream> struct ChatInfo { string _name; // 名字 int _id; // id string _msg; // 聊天信息 }; int main() { // 结构信息序列化为字符串 ChatInfo winfo = { "张三", 135246, "看电影吧"}; ostringstream oss; oss << winfo._name << " " << winfo._id << " "<< winfo._msg; string str = oss.str(); cout << str << endl << 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; istringstream iss(str); iss >> rInfo._name >> rInfo._id >> rInfo._msg; cout << "-------------------------------------------------------" << endl; cout << "姓名:" << rInfo._name << "(" << rInfo._id << ") " << endl; cout << rInfo._name << ":>" << rInfo._msg << endl; cout << "-------------------------------------------------------" << endl; return 0; }
注意:
- stringstream实际是在其底层维护了一个string类型的对象用来保存结果。
- 多次数据类型转化时,一定要用clear()来清空,才能正确转化,但clear()不会将stringstream底层的string对象清空。
- 可以使用s. str("")方法将底层string对象设置为""空字符串。
- 可以使用s.str()将让stringstream返回其底层的string对象。
- 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。
以上就是C++ 中IO流详解的详细内容,更多关于C++ IO流的资料请关注脚本之家其它相关文章!
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