引言
C++中的IO流（输入输出流）是程序与外部环境之间进行数据交互的重要手段。通过IO流，程序可以从外部读取数据或将数据输出到外部，实现了程序与用户、其他程序和设备之间的数据传输。C++标准库提供了丰富的IO流类和函数，通过这些类和函数，开发者能够方便地实现各种类型的IO操作。本文将介绍IO流的基本概念和相关类，讲解如何在C++程序中使用IO流实现输入输出操作，并给出相应的示例代码以说明其用法。同时，还将介绍一些常见的IO流操作技巧和使用注意事项，帮助读者更好地掌握和应用C++中的IO流机制。通过学习本文，读者将能够深入理解C++中的IO流，掌握IO流的使用方法，提高程序的输入输出效率和稳定性。
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)。
🚨🚨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++中的流是一种抽象描述，用于表示数据从一个地方（输入设备）流向另一个地方（输出设备）的过程。它描述了数据以有序连续和具有方向性的方式流动的特性。在C++中，流被比喻为信息从外部输入设备（如键盘）向计算机内部（如内存）输入，或者从内存向外部输出设备（如显示器）输出的过程。为了实现这种流动，C++提供了I/O标准类库，其中的每个类都被称为流或流类，用于完成不同方面的输入输出功能。通过使用这些流类，我们可以实现数据的输入和输出操作，实现与外部环境的交互。
🔴C++提供的I/O标准类库
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
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。
（1）istream
istream 是输入流的基类，它提供了从外部读取数据的功能。常用的 istream 类有 istream, ifstream（从文件读取）和 istringstream（从字符串读取）。
⭕常用的 istream 函数包括：
get()：从流中获取下一个字符并返回其 ASCII 值。getline()：从流中读取一行文本，并将其存储在指定的字符串变量中。operator>>：从流中读取数据并将其存储在指定的变量中。
例如：
int num; std::cin >> num; // 从标准输入设备读取一个整数
（2）ostream
ostream 是输出流的基类，它提供了向外部写入数据的功能。常用的 ostream 类有 ostream, ofstream（写入到文件）和 ostringstream（写入到字符串）。
⭕常用的 ostream 函数包括：
put()：向流中写入一个字符。write()：向流中写入指定长度的数据。operator<<：向流中写入数据。
例如：
int num = 42; std::cout << "The answer is: " << num << std::endl; // 输出 "The answer is: 42"
（3）iostream
iostream 是同时具有输入和输出功能的流类，继承自 istream 和 ostream。常用的 iostream 类有 iostream、fstream（用于文件输入输出）和 stringstream（用于字符串输入输出）。
例如：
int num; std::cin >> num; // 从标准输入设备读取一个整数 std::cout << "You entered: " << num << std::endl; // 输出 "You entered: 42"
（4）cin 和 cout
cin 和 cout 是预定义的 istream 和 ostream 对象，它们分别用于从标准输入设备（通常是键盘）读取数据和向标准输出设备（通常是屏幕）写入数据。
例如：
int num; std::cout << "Enter a number: "; std::cin >> num; // 从标准输入设备读取一个整数 std::cout << "You entered: " << num << std::endl; // 输出 "You entered: 42"
除此之外，C++标准IO流还提供了一些其他重要的类和函数，如格式化输入输出、流状态检查和文件输入输出等。你可以通过查阅相关文档或教程深入了解更多关于C++标准IO流的知识。
2. C++文件IO流
C++文件IO流是C++标准库提供的用于文件输入和输出的一组类和函数。它们可以用于读取和写入文件中的数据。
⭕C++文件IO流主要涉及以下几个类：
（1）ifstream
ifstream：用于从文件中读取数据的输入流类。通过创建 ifstream 对象，可以打开一个文件并从中读取数据。
⭕常用的 ifstream 成员函数有：
open()：打开指定的文件。
close()：关闭当前打开的文件。is_open()：检查文件是否成功打开。operator>>：从文件中读取数据。
示例代码：
#include <fstream> #include <iostream> int main() { std::ifstream file("example.txt"); if (file.is_open()) { int num; while (file >> num) { std::cout << num << std::endl; // 输出文件中的整数 } file.close(); } else { std::cerr << "Failed to open file." << std::endl; } return 0; }
（2）ofstream
ofstream：用于向文件中写入数据的输出流类。通过创建 ofstream 对象，可以打开一个文件并向其中写入数据。
⭕常用的 ofstream 成员函数有：
open()：打开指定的文件。close()：关闭当前打开的文件。is_open()：检查文件是否成功打开。operator<<：将数据写入文件。
示例代码：
#include <fstream> int main() { std::ofstream file("example.txt"); if (file.is_open()) { file << "Hello, World!" << std::endl; // 向文件中写入字符串 file.close(); } else { std::cerr << "Failed to open file." << std::endl; } return 0; }
（3）fstream
fstream：同时具有读取和写入功能的文件流类。通过创建 fstream 对象，可以打开一个文件并在其中进行读写操作。
⭕常用的 fstream 成员函数除了可以使用 ifstream 和 ofstream 的成员函数外，还包括：
seekg()：设置输入位置指针（用于读取）。seekp()：设置输出位置指针（用于写入）。
示例代码：
#include <fstream> #include <iostream> int main() { std::fstream file("example.txt", std::ios::in | std::ios::out); if (file.is_open()) { int num; while (file >> num) { std::cout << num << std::endl; // 从文件中读取整数并输出 } file.seekp(0, std::ios::end); // 将输出位置指针移动到文件末尾 file << "New data" << std::endl; // 向文件中写入新数据 file.close(); } else { std::cerr << "Failed to open file." << std::endl; } return 0; }
在使用文件IO流时，需要包含头文件 <fstream>，并根据需要选择适当的流对象（ifstream、ofstream 或 fstream）。
四、stringstream的简单介绍
stringstream 是 C++ 标准库中的一个流类，它可以像 cout 和 cin 一样进行输入输出操作。不同之处在于 stringstream 不是对控制台进行输入输出，而是对字符串进行输入输出。
stringstream 继承自 istream 和 ostream，因此它既可以进行输入操作，也可以进行输出操作。stringstream 的主要作用是将数据转换为字符串或从字符串中读取数据。使用 stringstream 可以方便地进行格式化输出和解析字符串。
⭕stringstream 的头文件是 <sstream>，它定义了以下三个类：
std::istringstream：从字符串中读取数据的输入流。std::ostringstream：将数据输出到字符串的输出流。
std::stringstream：既可以输入数据，也可以输出数据的流。
使用 stringstream 进行输入输出操作的一般流程如下：
- 创建
stringstream对象
可以使用默认构造函数创建一个空的 stringstream 对象，例如：
std::stringstream ss;
- 输入数据
可以使用运算符 << 将数据写入 stringstream 中，例如：
int num = 123; std::string str = "hello"; ss << "The number is: " << num << ", the string is: " << str;
- 输出数据
可以使用成员函数 str() 或 str(std::string&) 获取 stringstream 所包含的字符串，例如：
std::string output = ss.str(); std::cout << output << std::endl; // 输出：The number is: 123, the string is: hello
- 解析字符串
可以使用运算符 >> 从 stringstream 中读取数据，例如：
std::string input = "123 4.56 hello"; int num; double d; std::string str; ss.clear(); // 清空 stringstream 对象 ss.str(input); ss >> num >> d >> str; std::cout << num << " " << d << " " << str << std::endl; // 输出：123 4.56 hello
🚨🚨注意：在读取数据之前应该先清空 stringstream 对象，并使用成员函数 str(std::string&) 将要解析的字符串写入 stringstream 中。
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