二十四、输入输出流

1. I/O流的概念和流类库的结构

程序的输入指的是从输入文件将数据传送给程序，程序的输出指的是从程序将数据传送给输出文件。

C++输入输出包含以下三个方面的内容：

  • 对系统指定的标准设备的输入和输出。即从键盘输入数据，输出到显示器屏幕。这种输入输出称为标准的输入输出，简称标准I/O。
  • 以外存磁盘文件为对象进行输入和输出，即从磁盘文件输入数据，数据输出到磁盘文件。以外存文件为对象的输入输出称为文件的输入输出，简称文件I/O。
  • 对内存中指定的空间进行输入和输出。通常指定一个字符数组作为存储空间(实际上可以利用该空间存储任何信息)。这种输入和输出称为字符串输入输出，简称串I/O。

2.C++的I/O对C的发展

类型安全和可扩展性

在C语言中，用prinF和scanf进行输入输出，往往不能保证所输入输出的数据是可靠的安全的。在C++的输入输出中，编译系统对数据类型进行严格的检查，凡是类型不正确的数据都不可能通过编译。因此C++的I/O操作是类型安全(type safe)的。C++的I/O操作是可扩展的，不仅可以用来输入输出标准类型的数据，也可以用于用户自定义类型的数据。

C++通过I/O类库来实现丰富的I/O功能。这样使C++的输人输出明显地优于C语言中的prinF和scanf，但是也为之付出了代价，C++的I/O系统变得比较复杂，要掌握许多细节。

C++编译系统提供了用于输入输出的iostream类库。iostream这个单词是由3个部分组成的，即i-­‐o-­‐stream，意为输入输出流。在iostream类库中包含许多用于输入输出的类。常用的见表

1.png
2.png

ios是抽象基类，由它派生出istream类和ostream类，两个类名中第1个字母i和o分别代表输入(input)和输出(output)。istream类支持输入操作，ostream类支持输出操作，iostream类支持输入输出操作。iostream类是从istream类和ostream类通过多重继承而派生的类。其继承层次见上图表示。

C++对文件的输入输出需要用ifstrcam和ofstream类，两个类名中第1个字母i和o分别代表输入和输出，第2个字母f代表文件(file)。ifstream支持对文件的输入操作，ofstream支持对文件的输出操作。类ifstream继承了类istream，类ofstream继承了类ostream，类fstream继承了类iostream。见图

3.png

I/O类库中还有其他一些类，但是对于一般用户来说，以上这些已能满足需要了。

与iostream类库有关的头文件

iostream类库中不同的类的声明被放在不同的头件中，用户在自己的程序中用#include命令包含了有关的头文件就相当于在本程序中声明了所需 要用到的类。可以换 —种说法：头文件是程序与类库的接口，iostream类库的接口分别由不同的头文件来实现。常用的有

  • iostream 包含了对输入输出流进行操作所需的基本信息。
  • fstream 用于用户管理的文件的I/O操作。
  • strstream 用于字符串流I/O。
  • stdiostream 用于混合使用C和C + +的I/O机制时，例如想将C程序转变为C++程序。
  • iomanip 在使用格式化I/O时应包含此头文件。

在iostream头文件中定义的流对象

在 iostream 头文件中定义的类有 ios，istream，ostream，iostream，istream _withassign，ostream_withassign，iostream_withassign 等。

在iostream头文件中重载运算符

“<<”和“>>”本来在C++中是被定义为左位移运算符和右位移运算符的，由于在iostream头文件中对它们进行了重载，使它们能用作标准类型数据的输入和输出运算符。所以，在用它们的程序中必须用#include命令把iostream包含到程序中。

#include <iostream>
1)>>a表示将数据放入a对象中。
2)<<a表示将a对象中存储的数据拿出。

3.标准I/O流

标准I/O对象:cin，cout，cerr，clog

cout流对象

cout是console output的缩写，意为在控制台（终端显示器）的输出。强调几点。

  1. cout不是C++预定义的关键字，它是ostream流类的对象，在iostream中定义。 顾名思义，流是流动的数据，cout流是流向显示器的数据。cout流中的数据是用流插入运算符“<<”顺序加入的。如果有
    cout<<"I "<<"study C++ "<<"very hard. << “wang bao ming ";
    按顺序将字符串"I ", "study C++ ", "very hard."插人到cout流中，cout就将它们送到显示器，在显示器上输出字符串"I study C++ very hard."。cout流是容纳数据的载体，它并不是一个运算符。人们关心的是cout流中的内容，也就是向显示器输出什么。

  2. 用“ccmt<<”输出基本类型的数据时，可以不必考虑数据是什么类型，系统会判断数据的类型，并根据其类型选择调用与之匹配的运算符重 载函数。这个过程都是自动的，用户不必干预。如果在C语言中用prinf函数输出不同类型的数据，必须分别指定相应的输出格式符，十分麻烦，而且容易出 错。C++的I/O机制对用户来说，显然是方便而安全的。

  3. cout流在内存中对应开辟了一个缓冲区，用来存放流中的数据，当向cout流插 人一个endl时，不论缓冲区是否已满，都立即输出流中所有数据，然后插入一个换行符， 并刷新流（清空缓冲区）。注意如果插人一个换行符”\n“（如cout<<a<<"\n"），则只输出和换行，而不刷新cout 流(但并不是所有编译系统都体现出这一区别）。

  4. 在iostream中只对"<<"和">>"运算符用于标准类型数据的输入输出进行了重载，但未对用户声明的类型数据的输入输出 进行重载。如果用户声明了新的类型，并希望用”<<"和">>"运算符对其进行输入输出，按照重运算符重载来做。

cerr流对象

cerr流对象是标准错误流，cerr流已被指定为与显示器关联。cerr的 作用是向标准错误设备(standard error device)输出有关出错信息。cerr与标准输出流cout的作用和用法差不多。但有一点不同：cout流通常是传送到显示器输出，但也可以被重定向 输出到磁盘文件，而cerr流中的信息只能在显示器输出。当调试程序时，往往不希望程序运行时的出错信息被送到其他文件，而要求在显示器上及时输出，这时应该用cerr。cerr流中的信息是用户根据需要指定的。

clog流对象

clog流对象也是标准错误流，它是console log的缩写。它的作用和cerr相同，都是在终端显示器上显示出错信息。区别：cerr是不经过缓冲区，直接向显示器上输出有关信息，而clog中的信息存放在缓冲区中，缓冲区满后或遇endl时向显示器输出。

4.png

3.1标准的输入流

标准输入流对象cin，重点掌握的函数

cin.get() //一次只能读取一个字符
cin.get(一个参数) //读一个字符
cin.get(三个参数) //可以读字符串
cin.getline()
cin.ignore()
cin.putback()

#include <iostream>
using namespace std;

/*
cin.get() //一次只能读取一个字符
cin.get(一个参数) //读一个字符
cin.get(三个参数) //可以读字符串
cin.getline()
cin.ignore()
cin.putback()
*/

//cin的operator >> 操作符 
void test1()
{
    int myInt;
    long myLong;
    char buf[128] = {0};

    cin>>myInt;
    cin>>myLong;//根据回车刷新缓冲区
    cin>>buf;   //根据空格来隔离每个变量的内容   所以怎么输入空格？？？

    
    cout<<"myInt:"<<myInt<<endl;
    cout<<"myLong:"<<myLong<<endl;
    cout<<"buf:"<<buf<<endl;
}

//cin.get()方法
void test2{
   char ch;

  //cin.get()如果读到的不是EOF标识符，那么会永远的阻塞等待
   while((ch = cin.get()) != EOF){//从键盘来讲Ctrl+Z代表EOF标识符
      cout<<ch<<endl;//输入a 回车后，变成
                     /*
                      a       //为什么2个a,第一个a是输入显示，第二个a是输出
                      a
                              //为什么有两个回车 ？因为缓冲区内是a和回车一起输出来的，第二个是endl
      
                      b
                      b

                     */
   }
}


void test3(){
    char a,b,c;

    char buf[10] = {0};

    cout<<"从输入缓冲区去读取数据，如果缓冲区没有数据，就阻塞"<<endl;
    //输入了123
    cin.get(a);//从输入缓冲区去读取数据，如果有就给a
    cin.get(b);
    cin.get(c);
    //等价于 cin.get(a).get(b).get(c);
    cout<<"a = "<<a<<endl;//1
    cout<<"b = "<<b<<endl;//2
    cout<<"c = "<<c<<endl;//3


    //输入abc efg   或1234567890987654
    cin.get(buf,10,' ');//往buf写10个字节，遇到空格停止
    cout<<buf<<endl;//abc  或1234567890
}

//cin.getline() 读一行
void test4()
{
   char buf[128] = {0};
   cout<<"请输入一个字符串aa bb cc dd"<<endl;
   cin.getline(buf,128);//从输入缓冲区中读数据到buf中，最多读128，直到遇到\n
   //cin>>buf;//读不了空格的

   cout<<buf<<endl;//aa bb cc dd
}

//cin.ignore()
void test5()
{
    char buf1[128];
    char buf2[128];

    cout<<"请输入一个字符串 aa  bb  cc  dd"<<endl;
    cin>>buf1;    //aa
    cin.ignore(2);  //表示忽略头2个字符，这里是不要bb前面的2个空格
    cin.getline(buf2,128);//  bb  cc  dd 缓冲区被读了！

    cout<<"buf1:"<<buf1<<endl;//aa
    cout<<"buf2:"<<buf2<<endl;// bb cc dd
}

//cin.putback()
void test6()
{
   cout<<"请输入一个数字或者字符串"<<endl;

   char ch;
   ch = cin.get();//从输入缓冲区去读一个字符
   if (ch >= '0' && ch <= '9')
   {
      int num;
      //此时数字第一个字符已经读出来了，需要将ch放回到缓冲区
      cin.putback(ch);//将ch扔回缓冲区，位置就是缓冲区的头部
      cin>>num;//把缓冲区的拿过来

      cout<<"num = "<<num<<endl;
   }//用处就是用户输入一堆数字或字符串，我拿出来第一个看看，判断一下，如123，num也是123，就单纯判断第一个
   else{
    cout<<"用户输入的是一个字符串"<<endl;
    char buf[128] = {0};
    cin.putback(ch);//不扔回去，肯定少了个东西
    cin.getline(buf,128);

    cout<<"buf:"<<buf<<endl;
   }

}


int main(void) 
{

   //test1();
   //test2();
   //test3();
   //test4();
   //test5();
   test6();

   return 0;
}

3.2标准的输出流

标准输出流对象cout
cout.flush()
cout.put()
cout.write()
cout.width()
cout.fill()
cout.setf(标记)

操作符、控制符
flush
endl
oct
dec
hex
setbase
setw
setfill
setprecision

void test1()
{
    cout<<"hello"<<endl;
    cout.put('h');//只打一个字符
    cout.put('e');
    cout.put('l');

    //等价于cout.put('h').put('e').put('l')

    char *str = "hello world";
    cout.write(str,strlen(str));//hello world
    cout<<endl;
    cout.write(str,strlen(str) - 1);//hello worl
}

void test2()
{
    cout<<"<start>";
    cout.width(30);//设置接下来要输出的长度，是30
    cout.fill('*');//把没有填充的内容，用'*'来填充
    cout.setf(ios::showbase);//#include <iomanip>
    cout.setf(ios::internal);//设置   查表！！
    cout<<hex<<123<<"<End>\n";
    //输出：<start>0x**********************7b<End> 
    //**28个，我肯定数错！
    cout<<endl;
    cout<<endl;

    //使⽤操作符、控制符========上下等价！ 表自己查
     
    cout<<"<Start>"
        <<setw(30)
        <<setfill('*')
        <<setiosflags(ios::showbase)//基数
        <<setiosflags(ios::internal)
        <<hex
        <<123
        <<"<End>\n"
        <<endl;
}

int main(void) 
{

   //test1();
   test2();

   return 0;
}

3.3输出格式化

在输出数据时，为简便起见，往往不指定输出的格式，由系统根据数据的类型采取默认的格式，但有时希望数据按指定的格式输出，如要求以十六进制或八进制形式输出一个整数，对输出的小数只保留两位小数等。有两种方法可以达到此目的。
1）使用控制符的方法；
2）使用流对象的有关成员函数。分别叙述如下。

使用控制符的方法

#include <iostream>
#include <iomanip>
using namespace std;

int main()
{
  int a;
  cout<<"input a:";
  cin>>a;
  cout<<"dec:"<<dec<<a<<endl;//以十进制形式输出整数
  cout<<"hex:"<<hex<<a<<endl;//以十六进制形式输出整数a
  cout<<"oct:"<<setbase(8)<<a<<endl;//以八进制形式输出整数a
  const char *pt="China"; //pt指向字符串"China"
  cout<<setw(10)<<pt<<endl;//指定域宽为,输出字符串
  cout<<setfill('*')<<setw(10)<<pt<<endl;//指定域宽,输出字符串,空白处以'*'填>充
  double pi=22.0/7.0; //计算pi值

 //按指数形式输出,8位小数
  cout<<setiosflags(ios::scientific)<<setprecision(8);
  cout<<"pi="<<pi<<endl;//输出pi值
  cout<<"pi="<<setprecision(4)<<pi<<endl;//改为位小数
  cout<<"pi="<<setiosflags(ios::fixed)<<pi<<endl;//改为小数形式输出
  return 0;
}

结果：
input
a:16
dec:16
hex:10
oct:20
China
*****China
pi=3.14285714e+00
pi=3.1429e+00
pi=0x1.9249249249249p+1

人们在输入输出时有一些特殊的要求，如在输出实数时规定字段宽度，只保留两位小数，数据向左或向右对齐等。C++提供了在输入输出流中使用的控制符(有的书中称为操纵符)

1.png
举例， 输出双精度数：
double a=123.456789012345; // 对a赋初值
1) cout<<a; 输出： 123.456
2) cout<<setprecision(9)<<a; 输出： 123.456789
3) cout<<setprecision(6); 恢复默认格式(精度为6)
4) cout<< setiosflags(ios∷fixed); 输出： 123.456789
5) cout<<setiosflags(ios∷fixed)<<setprecision(8)<<a; 输出：
123.45678901
6) cout<<setiosflags(ios∷scientific)<<a; 输出： 1.234568e+02
7) cout<<setiosflags(ios∷scientific)<<setprecision(4)<<a; 输出：1.2346e02

下面是整数输出的例子：
int b=123456; // 对b赋初值
1) cout<<b; 输出： 123456
2) cout<<hex<<b; 输出： 1e240
3) cout<<setiosflags(ios∷uppercase)<<b; 输出： 1E240
4) cout<<setw(10)<<b<<'，'<<b; 输出： 123456，123456
5) cout<<setfill('*')<<setw(10)<<b; 输出： **** 123456
6) cout<<setiosflags(ios∷showpos)<<b; 输出： +123456

例如：各行小数点对齐。
int main( )
{
   double a=123.456,b=3.14159,c=-3214.67;
   cout<<setiosflags(ios::fixed<<setiosflags(ios::right)<<setprecision(2);
   cout<<setw(10)<<a<<endl;
[图片上传中...(2.png-fa90ef-1528905916866-0)]
   cout<<setw(10)<<b<<endl;
   cout<<setw(10)<<c<<endl;
   system("pause");
   return 0;
}
输出如下：
123.46(字段宽度为10，右对齐，取两位小数)
3.14
­‐3214.67

先统一设置定点形式输出、取两位小数、右对齐
这些设置对其后的输出均有效(除非重新设置)
而setw只对其后一个输出项有效
因此必须在输出a，b，c之前都要写setw(10)

用流对象的成员函数控制输出格式
除了可以用控制符来控制输出格式外，还可以通过调用流对象cout中用于控制输出格式的成员函数来控制输出格式。用于控制输出格式的常用的成员函数如下：

2.png

流成员函数setf和控制符setiosflags括号中的参数表示格式状态，它是通过格式标志来指定的。格式标志在类ios中被定义为枚举值。因此在引用这些格式标志时要在前面加上类名ios和域运算符“::”。

3.png

4.对程序的几点说明

  1. 成员函数width(n)和控制符setw(n)只对其后的第一个输出项有效。如：cout. width(6);
cout <<20 <<3.14<<endl;
输出结果为     203.14

在输出第一个输出项20时，域宽为6，因此在20前面有4个空格，在输出3.14时，width(6)已不起作用，此时按系统默认的域宽输出（按数据实际长度输出）。如果要求在输出数据时都按指定的同一域宽n输出，不能只调用一次width(n)，而必须在输出每一项前都调用一次width(n)，上面的程序中就是这样做的。

  1. 在表3中的输出格式状态分为5组，每一组中同时只能选用一种（例如dec、hex和oct中只能选一，它们是互相排斥的）。在用成员函数setf和控制符setiosflags设置输出格式状态后，如果想改设置为同组的另一状态，应当调用成员函unsetf（对应于成员函数self）或resetiosflags（对应于控制符setiosflags），先终止原来设置的状态。然后再设置其他状态，大家可以从本程序中看到这点。程序在开始虽然没有用成员函数self和控制符setiosflags设置用dec输出格式状态，但系统默认指定为dec，因此要改变为hex或oct，也应当先
    用unsetf函数终止原来设置。如果删去程序中的第7行和第10行，虽然在第8行和第11行中用成员函数setf设置了hex和oct格式，由于未终止dec格式，因此hex和oct的设置均不起作用，系统依然以十进制形式输出。同理，程序倒数第8行的unsetf函数的调用也是不可缺少的。

  2. 用setf函数设置格式状态时，可以包含两个或多个格式标志，由于这些格式标志在ios类中被定义为枚举值，每一个格式标志以一个二进位代表，因此可以用位或运算符“|”组合多个格式标志。如倒数第5、第6行可以用下面一行代替：

cout.setf(ios::internal | ios::showpos); //包含两个状态标志，用"|"组合

可以看到：对输出格式的控制，既可以用控制符，也可以用cout流的有关成员函数，二者的作用是相同的。控制符是在头文件iomanip中定义的，因此用控制符时，必须包含iomanip头文件。cout流的成员函数是在头文件iostream中定义的，因此只需包含头文件iostream，不必包含iomanip。许多程序人员感到使用控制符方便简单，可以在一个cout输出语句中连续使用多种控制符。

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