【C++】IO流(上）

👉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。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”。

👉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。

注：以上的流都是带有缓冲区的。

👉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。

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。在使用时候必须要包含文件并引入 std 标准命名空间。

注意：

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。

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。

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。

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:

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。

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。

输出：严格按照题目的要求进行，多一个少一个空格都不行。

连续输入时，vs 系列编译器下在输入 ctrl+z 时结束。

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。

C++ 和 C 语言的输入格式问题

int main()
{
  // 输入多个值时，默认是用空格或换行分割的
  int year, month, day;
  // 2023 1 29
  cin >> year >> month >> day;
  scanf("%d%d%d", &year, &month, &day);
  scanf("%d %d %d", &year, &month, &day); // 不需要加空格
  // 20230129
  scanf("%4d%2d%2d", &year, &month, &day);
  string str;
  cin >> str;
  year = stoi(str.substr(0, 4));
  month = stoi(str.substr(4, 2));
  day = stoi(str.substr(6, 2));
  return 0;
}

C++ 的多次输入

int main()
{
  int year, month, day;
  string str;
  while (cin >> str)
  {
    year = stoi(str.substr(0, 4));
    month = stoi(str.substr(4, 2));
    day = stoi(str.substr(6, 2));
    cout << year << "年" << month << "月" << day << "日" << endl;
  }
  return 0;
}

注：C++ 的多行输入可以通过输入 Ctrl + z 加换行或 Ctrl + c 来结束输入。Ctrl + z 是给了一个流结束信号，相当于读到了文件的结尾，而 Ctrl + c 是给进程发了一个进程结束的信号。cin >> str 的返回值是 istream 对象，然后该对象调用 operator bool 函数并用其返回值作为 bool 值进行判断。

内置类型和自定义类型的转换

class A
{
public:
  //explicit A(int a) // explicit不允许隐式类型转换
  A(int a)
    :_a(a)
  {}
  explicit operator int()
  {
    return _a;
  }
private:
  int _a;
};
int main()
{
  // 内置类型转换成自定义类型
  A aa1 = 1; // 隐式类型转换 用1构造A临时对象，再拷贝构造aa1，优化后直接1构造aa1
  const A& aa2 = 1;
  A&& aa3 = 1;
  // 自定义类型转换成内置类型
  int i = aa1; // 隐式类型转换,如果加上explicit,就会报错:不存在从A到int的适当转换函数
  int i1 = (int)aa1;  // 强制类型转换
  int i2 = static_cast<int>(aa1);
  return 0;
}

日期的多次输入

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;
  cout << i << endl;
  cout << j << endl;
  // 自定义类型则需要我们自己重载<< 和 >>
  Date d(2022, 4, 10);
  cout << d;
  while (d)
  {
    cin >> d;
    cout << d;
  }
  return 0;
}

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：

定义一个文件流对象

ifstream ifile(只输入用)

ofstream ofile(只输出用)

fstream iofile(既输入又输出用)

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

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

关闭文件

注：打开的文件对象在不需要时需要手动关闭，否则会占用资源，其次不关闭，数据不会主动从缓冲区写入文件。

C++ 打开文件的方式有两种：调用 open 函数 和 定义 ifstream 对象。打开文件的方式默认都是以读的方式打开。

#include <fstream>
int main()
{
  ifstream ifs("Test.cpp");
  char ch = ifs.get();
  while (ifs)
  {
    cout << ch;
    ch = ifs.get();
  }
  ifs.close();
  return 0;
}

int main()
{
  ifstream ifs("test.txt");
  int i = 0;
  string str;
  double d = 0;
  ifs >> i >> str >> d;
  cout << i << " " << str << " " << d << endl;
  return 0;
}

相比于 C 语言的读文件，C++ 具有重载了流插入，可以非常容易地读取文件里的内容。