【C++】输入输出流（IO流）

一、C语言的输入输出

C语言中最常用到的输入输出方式就是scanf()与printf()。 scanf()是从标准输入设备(键盘) 读取数据&＃xff0c;并将值存放在一个或一些变量中&＃xff1b;printf()是将指定的文字/字符串输出到 标准输出设备(屏幕)。

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&＃xff1a;

对输入输出缓冲区的理解&＃xff1a;

1. 可以屏蔽掉低级IO的实现&＃xff0c;低级IO的实现一般都依赖操作系统内核的实现&＃xff0c;如果能够屏蔽这部分的差异&＃xff0c;可以很容易写出可移植的程序。
2. 可以实现“行”读取的行为&＃xff0c;对于计算机而言是没有“行”这个概念的&＃xff0c;但有了这部分&＃xff0c;就可以定义出来“行”的概念&＃xff0c;然后解析缓冲区的内容&＃xff0c;返回一个“行”。

二、什么是流

“流”即是流动&＃xff0c;是物质从一处向另一处流动的过程。具体到这里&＃xff0c;是对一种有序、连续、有方向性的数据&＃xff08;其单位可以是bit,byte,packet&＃xff09;的抽象描述。

C&＃43;&＃43;流是指信息从外部输入设备&＃xff08;如键盘&＃xff09;向计算机内部&＃xff08;如内存&＃xff09;输入和从内存向外部输出设备&＃xff08;显示器&＃xff09;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&＃xff1a;有序、连续、具有方向性

为了实现这种流动&＃xff0c;C&＃43;&＃43;定义了I/O标准类库&＃xff0c;这些每个类都称为流或流类&＃xff0c;用以完成某方面的功能&＃xff0c;下面将介绍这些流。

三、C&＃43;&＃43;的IO流

1.概览

C&＃43;&＃43;系统实现了一个庞大的类的库&＃xff0c;如下图所示。其中ios为基类&＃xff0c;其他类都直接或间接派生自ios类。

2.标准IO流

&＃xff08;1&＃xff09;cin、cout、cerr、clog

C&＃43;&＃43;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&＃xff0c;即数据从内存流向控制台(显示器)&＃xff1b;使用cin进行标准输入&＃xff0c;即数据通过键盘输入到程序中&＃xff1b;使用cerr用来进行标准错误的输出&＃xff1b;使用clog进行日志的输出。

从前图可以看出&＃xff0c;cout、cerr、clog是ostream类的三个不同的对象&＃xff0c;因此这三个对象基本没有区别&＃xff0c;只是应用场景不同。

如下图所示都是向显示器输出&＃xff0c;本意是希望一般的输出用cout&＃xff0c;错误输出用cerr&＃xff0c;日志输出用clog&＃xff0c;但一般很少用到后两个&＃xff0c;全部用cout输出。

运行结果如下&＃xff1a;

&＃xff08;2&＃xff09;cin、cout与scanf、printf

C&＃43;&＃43;提供了cin、cout&＃xff0c;C语言提供了scanf、printf&＃xff0c;他们都可以进行输入输出&＃xff0c;但建议能用cin、cout就优先用这两个&＃xff0c;如果遇到格式化输入输出时用scanf、printf&＃xff08;cin、cout同样可以格式化输入输出&＃xff0c;但是使用起来比较复杂&＃xff0c;不如直接用现成的scanf、printf&＃xff09;。

同时&＃xff0c;由于C&＃43;&＃43;在某些方面与C语言有较大差异&＃xff0c;有时混用四个输入输出也会出现问题。

比如字符串string在C&＃43;&＃43;中用size值来标记字符串的结尾&＃xff0c;而C语言下用’\0’来标示字符串的结尾&＃xff0c;这一个差异在输入输出时就可能会产生问题&＃xff0c;为此string还特意提供了c_str()来用于C语言下的操作。

&＃xff08;3&＃xff09;输入输出重载

cin和cout可以直接输入和输出内置类型&＃xff08;如int、double等&＃xff09;和部分标准自定义类型&＃xff08;如string等&＃xff09;&＃xff0c;原因是标准库已经将所有这些类型的输入和输出重载了&＃xff0c;直接使用即可。

对于我们自定义的类型&＃xff0c;如果想直接使用cin、cout来输入输出&＃xff0c;需要自己重载>>和<<&＃xff0c;否则不能直接使用。

&＃xff08;4&＃xff09;getline

同scanf一样&＃xff0c;cin也是以空格和换行为间隔分割数据&＃xff0c;所以对于一行有空格的数据&＃xff0c;它并不能全部读取&＃xff0c;这时就要用到getline&＃xff0c;getline以换行为间隔分割数据&＃xff0c;如下图所示。

运行结果如下&＃xff1a;

&＃xff08;5&＃xff09;循环输入

当输入若干行内容时&＃xff0c;可以用如下的解决方式。

运行结果如下&＃xff1a;

类似于C语言中&＃xff1a;

char buffer[100];
while(scanf("%s", buffer) !&＃61; EOF)
{//...
}


可以用Ctrl&＃43;C来结束输入&＃xff0c;其本质是向该进程发送了信号&＃xff0c;具体可见【万字详解Linux系列】进程信号&＃xff0c;在Linux下和Windows下都是一样的道理。

2.文件流fstream

&＃xff08;1&＃xff09;ifstream、ofstream

ifstream如下创建一个对象&＃xff0c;name是文件名&＃xff0c;mode是操作的方式。

ifstream ifs(name, mode);


mode有如下几种可供选择&＃xff1a;

ifstream对象可调用的成员函数&＃xff0c;常用的有get&＃xff0c;getline&＃xff0c;read&＃xff0c;seekg&＃xff0c;tellg等。通过函数名即可大致了解其作用。get一次获取文件的一个字符&＃xff0c;getline一次获取文件的一行&＃xff0c;read从文件中读一段内容&＃xff0c;seekg设置文件指针的位置&＃xff0c;tellg查找文件指针的位置。

&＃xff08;2&＃xff09;用法

1. 定义一个文件流对象&＃xff1a;ifstream(只输入用)、ofstream(只输出用)、fstream(既输入又输出用)
2. 使用文件流对象的成员函数打开一个磁盘文件&＃xff0c;使得文件流对象和磁盘文件之间建立联系
3. 使用提取和插入运算符对文件进行读写操作&＃xff0c;或使用成员函数进行读写
4. 关闭文件

类似于C语言的用法

下面的两段代码分别演示ifstream和ofstream对文件读写&＃xff0c;写法类似于C语言中的fread、fwrite这些接口&＃xff0c;只不过是变成了面向对象而已。

下面这段代码是用ifstream读文件中的内容。

运行结果如下&＃xff1a;

下面这段代码是用ofstream向文件中写入内容&＃xff0c;使用方法基本同ifstream。

运行结果如下&＃xff1a;

C&＃43;&＃43;的用法

下面是C&＃43;&＃43;提供的文件流的新用法&＃xff0c;文件流也是流&＃xff0c;所以他也可以用<<或>>来进行读写&＃xff0c;用法如下。

代码如下&＃xff1a;

void WriteFile()
{//类似于C语言的用法//ofstream ofs("write.txt");//ofs.put(&＃39;h&＃39;);//char msg[] &＃61; "ello world";//int size &＃61; sizeof(msg);//ofs.write(msg, size);//可调可不调&＃xff0c;因为ofs出了作用域后析构函数会自动调用//ofs.close();//C&＃43;&＃43;的新用法ofstream ofs("write.txt");char c &＃61; &＃39;h&＃39;;string str &＃61; "ello world";ofs << c << str;
}int main()
{WriteFile();return 0;
}


这样ofstream的对象也可以像cout那样通过流来向文件写入内容。

运行结果如下&＃xff1a;

ifstream使用方法同理&＃xff0c;只不过流的方向要反一下&＃xff0c;这里不再赘述。

3.字符串流sstream

sstream中包括istringstream、ostringstream 和 stringstream三个流&＃xff0c;分别用来进行流的输入、输出和输入输出操作&＃xff0c;但使用时一般直接用stringstream比较方便。

&＃xff08;1&＃xff09;读

代码如下&＃xff1a;

#include
#include using namespace std;struct ServerInfo//一个简单的结构体
{string ip;int port;
};int main()
{stringstream ss;//定义一个对象ServerInfo info &＃61; { "192.0.0.1",8081 };//初始化ss << info.ip << " " << info.port;//将info的两个成员流入ssstring str &＃61; ss.str();//通过成员函数str()拿到ss内存储的字符串cout << str << endl;//打印return 0;
}


运行结果如下&＃xff0c;对字符串的处理非常方便。

运行结果如下&＃xff1a;

&＃xff08;2&＃xff09;写

在前面读的基础上再向新的结构体写入已读入的内容。

代码如下&＃xff1a;

#include
#include using namespace std;struct ServerInfo
{string ip;int port;
};int main()
{stringstream ss;ServerInfo info &＃61; { "192.0.0.1",8081 };ss << info.ip << " " << info.port;//将s中的内容又写入newInfo中//注意&＃xff1a;不同项的内容必须以空格或换行结尾&＃xff0c;这是C/C&＃43;&＃43;都要求的ServerInfo newInfo;ss >> newInfo.ip >> newInfo.port;return 0;
}


运行结果如下&＃xff1a;

感谢阅读&＃xff0c;如有错误请批评指正