C++?中IO流詳解
一、C語言的輸入與輸出
C語言中我們用到的最頻繁的輸入輸出方式就是scanf ()與printf()。
- scanf(): 從標準輸入設備(鍵盤)讀取數(shù)據(jù),并將值存放在變量中。
- printf(): 將指定的文字/字符串輸出到標準輸出設備(屏幕),使用時需要注意寬度輸出和精度輸出控制。
C語言借助了相應的緩沖區(qū)來進行輸入與輸出,如下圖所示:

對輸入輸出緩沖區(qū)的理解:
- 可以屏蔽掉低級I/O的實現(xiàn),低級I/O的實現(xiàn)依賴操作系統(tǒng)本身內(nèi)核的實現(xiàn),所以如果能夠屏蔽這部分的差異,可以很容易寫出可移植的程序。
- 可以使用這部分的內(nèi)容實現(xiàn)“行”讀取的行為,對于計算機而言是沒有“行”這個概念,有了這部分,就可以定義“行”的概念,然后解析緩沖區(qū)的內(nèi)容,返回一個“行”
二、流是什么
流”即是流動的意思,是物質(zhì)從一處向另一處流動的過程,是對一種有序連續(xù)且具有方向性的數(shù)據(jù)( 其單位可以是bit,byte,packet )的抽象描述
C++流是指信息從外部輸入設備(如鍵盤)向計算機內(nèi)部(如內(nèi)存)輸入和從內(nèi)存向外部輸出設備(顯示器)輸出的過程。這種輸入輸出的過程被形象的比喻為“流”
它的特性是:有序連續(xù)、具有方向性
為了實現(xiàn)這種流動,C++定義了I/O標準類庫,這些每個類都稱為流/流類,用以完成某方面的功能
三、C++IO流
C++系統(tǒng)實現(xiàn)了一個龐大的類庫,其中ios為基類,其他類都是直接或間接派生自ios類

3.1 C++標準IO流
C++標準庫提供了4個全局流對象cin、cout、cerr、clog
- 使用cout進行標準輸出,即數(shù)據(jù)從內(nèi)存流向控制臺(顯示器)。
- 使用cin進行標準輸入即數(shù)據(jù)通過鍵盤輸入到程序中,
- 同時C++標準庫還提供了cerr用來進行標準錯誤的輸出,
- 以及clog進行日志的輸出
從上圖可以看出,cout、cerr、clog是ostream類的三個不同的對象,因此這三個對象現(xiàn)在基本沒有區(qū)別,只是應用場景不同
注意:使用這4個流的時候必須要包含文件并引入std標準命名空間
注意:
(1)cin為緩沖流。鍵盤輸入的數(shù)據(jù)保存在緩沖區(qū)中,當要提取時,是從緩沖區(qū)中拿。如果一次輸入過多,會留在那兒慢慢用,如果輸入錯了,必須在回車之前修改,如果回車鍵按下就無法挽回了。只有把輸入緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)取完后,才要求輸入新的數(shù)據(jù)
(2)輸入的數(shù)據(jù)類型必須與要提取的數(shù)據(jù)類型一致,否則出錯。出錯只是在流的狀態(tài)字state中對應位置位(置1),程序繼續(xù)
(3)空格和回車都可以作為數(shù)據(jù)之間的分格符,所以多個數(shù)據(jù)可以在一行輸入,也可以分行輸入。但如果是字符型和字符串,則空格(ASCII碼為32)無法用cin輸入,字符串中也不能有空格?;剀嚪矡o法讀入
例如,我們使用cin無法將含空格的字符串"hello world"輸入到string對象中
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{
string s;
cin >> s; //輸入:"hello world"
cout << s << endl; //輸出:"hello"
return 0;
}對于含有空格的字符串,我們需要使用getline函數(shù)進行讀取,因為getline函數(shù)只有遇到’\n’才會停止讀取
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{
string s;
getline(cin, s); //輸入:"hello world"
cout << s << endl; //輸出:"hello world"
return 0;
}(4)cin和cout可以直接輸入和輸出內(nèi)置類型數(shù)據(jù),原因:標準庫已經(jīng)將所有內(nèi)置類型的輸入和輸出全部重載了
(5)對于自定義類型,如果要支持cin和cout的標準輸入輸出,需要對<<和>>進行重載
(6)在線OJ中的輸入和輸出
對于IO類型的算法,一般都需要循環(huán)輸入,連續(xù)輸入時,vs系列編譯器下在輸入ctrl+Z時結(jié)束
// 單個元素循環(huán)輸入
while(cin>>a)
{
// ...
}
// 多個元素循環(huán)輸入
while(c>>a>>b>>c)
{
// ...
}
// 整行接收
while(cin>>str)
{
// ...
}(7)istream類型對象轉(zhuǎn)換為邏輯條件判斷值
實際上我們看到使用 while(cin>>i) 去流中提取對象數(shù)據(jù)時,調(diào)用的是operator>>,返回值是istream類型的對象,那么這里可以做邏輯條件值,源自于istream的對象又調(diào)用了operator bool,operator bool調(diào)用時如果接收流失敗,或者有結(jié)束標志,則返回false
istream& operator>> (int& val); explicit operator bool() const;
測試代碼:
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()
{
// 這里是隨意寫的,假設輸入_year為0,則結(jié)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?qū)ο?運算符重載的方式
// 能更好的兼容自定義類型,流插入和流提取
int main()
{
// 自定義類型則需要我們自己重載<< 和 >>
Date d(2023, 5, 22);
cout << d << endl;
while (d)//operator bool(),函數(shù)里面規(guī)定只要年輸入為0就為false
{
cin >> d;
cout << d << endl;;
}
return 0;
}測試

3.2 C++文件IO流
C++根據(jù)文件內(nèi)容的數(shù)據(jù)格式分為二進制文件和文本文件。采用文件流對象操作文件的一般步驟:
1. 定義一個文件流對象,操作文件的類有以下三個:
- ifstream ifile(只讀)
- ofstream ofile(只寫)
- fstream iofile(可讀可寫)

2. 使用文件流對象的成員函數(shù)打開一個磁盤文件,使得文件流對象和磁盤文件之間建立聯(lián)系
文件常見的打開方式如下:

3. 使用提取和插入運算符對文件進行讀寫操作,或使用成員函數(shù)進行讀寫
4. 關閉文件
以二進制的形式操作文件
以二進制的形式對文件進行寫入操作:
#include <fstream>
int main()
{
ofstream ofs("log.txt", ios_base::out | ios_base::binary);//以二進制寫入的方式打開
char buffer[] = "hello world——aaaaaaaaa..!!";
ofs.write(buffer, sizeof(buffer));
ofs.close();
return 0;
}以二進制的形式對文件進行讀取操作:
int main()
{
ifstream ifs("log.txt", ios_base::in | ios_base::binary);//以二進制讀取的方式打開
ifs.seekg(0, ifs.end); //跳轉(zhuǎn)到文件末尾
int length = ifs.tellg(); //獲取當前字符在文件當中的位置,即文件的字符總數(shù)
ifs.seekg(0, ifs.beg); //重新回到文件開頭
char buffer[100];//讀取到的數(shù)據(jù)存在buffer里面
ifs.read(buffer, length);
// 處理讀取到的數(shù)據(jù)
for (int i = 0; i < length; i++)
{
cout << buffer[i];
}
cout << endl;
ifs.close();
return 0;
}以二進制的形式對文件進行讀取操作:
int main()
{
ifstream ifs("log.txt", ios_base::in | ios_base::binary);//以二進制讀取的方式打開
ifs.seekg(0, ifs.end); //跳轉(zhuǎn)到文件末尾
int length = ifs.tellg(); //獲取當前字符在文件當中的位置,即文件的字符總數(shù)
ifs.seekg(0, ifs.beg); //重新回到文件開頭
char buffer[100];//讀取到的數(shù)據(jù)存在buffer里面
ifs.read(buffer, length);
// 處理讀取到的數(shù)據(jù)
for (int i = 0; i < length; i++)
{
cout << buffer[i];
}
cout << endl;
ifs.close();
return 0;
}注意:使用二進制的方式進行讀取不能使用string,否則程序會讀取異常,雖然在一個進程里面讀取沒有問題,一個程序?qū)懭耄硪粋€程序讀取就會出現(xiàn)問題
使用二進制的方式進行操作文件,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
對文件的操作一般喜歡使用流的方式進行讀取,更加方便,可以不使用類的成員的數(shù)
以文本的形式對文件進行寫入操作:
int main()
{
ofstream ofs("log.txt");//ofstream不指定打開方式,默認以寫的方式打開
//使用流的方式更方便,不使用類的成員函數(shù)
ofs << "hello world——aaaaaaaaa..!!!!!!!!!11111111";
ofs.close();
return 0;
}以文本的形式對文件進行讀取操作:
int main()
{
ifstream ifs("log.txt");//ifstream默認以讀的方式打開
string s1;//讀取到的數(shù)據(jù)存在s1里面
string s2;//讀取到的數(shù)據(jù)存在s2里面
ifs >> s1 >> s2;//讀取到空格就停下了
cout << s1 << " " << s2 << endl;
ifs.close();
return 0;
}注意:使用ofstream類對象的open函數(shù)時,若不指定打開方式,則默認以寫的方式打開文件;使用ifstream類對象的open函數(shù)時,若不指定打開方式,則默認以讀的方式打開文件;使用fstream類對象的open函數(shù)時,若不指定打開方式,則默認以寫+讀的方式打開文件
四、stringstream的簡單介紹
在C語言中,如果想要將一個整形變量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為字符串格式:
- 使用itoa()函數(shù)
- 使用sprintf()函數(shù)
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;
}但是兩個函數(shù)在轉(zhuǎn)化時,都得需要先給出保存結(jié)果的空間,那空間要給多大呢,就不太好界定,而且轉(zhuǎn)化格式不匹配時,可能還會得到錯誤的結(jié)果甚至程序崩潰
在C++中,可以使用stringstream類對象來避開此問題。
在程序中如果想要使用stringstream,必須要包含頭文件 <sstream>。
在該頭文件下,標準庫三個類:istringstream、ostringstream 和 stringstream,分別用來進行流的輸入、輸出和輸入輸出操作

本文主要介紹stringstream
stringstream主要可以用來:
1. 將數(shù)值類型數(shù)據(jù)格式化為字符串
#include<sstream>
int main()
{
int a = 12345678;
string sa;
// 將一個整形變量轉(zhuǎn)化為字符串,存儲到string類對象中
stringstream s;
s << a;
s >> sa;
// clear()
// 注意多次轉(zhuǎn)換時,必須使用clear將上次轉(zhuǎn)換狀態(tài)清空掉
// stringstreams在轉(zhuǎn)換結(jié)尾時(即最后一個轉(zhuǎn)換后),會將其內(nèi)部狀態(tài)設置為badbit
// 因此下一次轉(zhuǎn)換是必須調(diào)用clear()將狀態(tài)重置為goodbit才可以轉(zhuǎn)換
// 但是clear()不會將stringstreams底層字符串清空掉
// s.str("");
// 將stringstream底層管理string對象設置成"",
// 否則多次轉(zhuǎn)換時,會將結(jié)果全部累積在底層string對象中
s.str("");
s.clear(); // 清空s, 不清空會轉(zhuǎn)化失敗
double d = 12.34;
s << d;
s >> sa;
string sValue;
sValue = s.str(); // str()方法:返回stringsteam中管理的string類型
cout << sValue << endl;
return 0;
}2. 字符串拼接
int main()
{
stringstream sstream;
// 將多個字符串放入 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. 序列化和反序列化結(jié)構數(shù)據(jù)
#include <sstream>
struct ChatInfo
{
string _name; // 名字
int _id; // id
string _msg; // 聊天信息
};
int main()
{
// 結(jié)構信息序列化為字符串
ChatInfo winfo = { "張三", 135246, "看電影吧"};
ostringstream oss;
oss << winfo._name << " " << winfo._id << " "<< winfo._msg;
string str = oss.str();
cout << str << endl << endl;
// 我們通過網(wǎng)絡這個字符串發(fā)送給對象,實際開發(fā)中,信息相對更復雜,
// 一般會選用Json、xml等方式進行更好的支持
// 字符串解析成結(jié)構信息
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實際是在其底層維護了一個string類型的對象用來保存結(jié)果。
- 多次數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)化時,一定要用clear()來清空,才能正確轉(zhuǎn)化,但clear()不會將stringstream底層的string對象清空。
- 可以使用s. str("")方法將底層string對象設置為""空字符串。
- 可以使用s.str()將讓stringstream返回其底層的string對象。
- stringstream使用string類對象代替字符數(shù)組,可以避免緩沖區(qū)溢出的危險,而且其會對參數(shù)類型進行推演,不需要格式化控制,也不會出現(xiàn)格式化失敗的風險,因此使用更方便,更安全。
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