C++IO流

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可口也可樂、 发表于 2022/03/22 23:05:46 2022/03/22
【摘要】 @TOC 零、前言本章将学习和掌握C++的IO流的知识以及与C语言IO流做一个对比 一、C语言的输入输出概念: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示图:对...

@TOC

零、前言

本章将学习和掌握C++的IO流的知识以及与C语言IO流做一个对比

一、C语言的输入输出

  • 概念:

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

  • 示图:
image-20220102194257194
  • 对输入输出缓冲区的理解:
  1. 可以屏蔽掉低级IO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

  2. 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”

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二、什么是流

  • 概念:
  1. “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

  2. 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”

  • 特性:

有序连续**、**具有方向性

注: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

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

  • 示图:
image-20220102195649899

四、C++标准IO流

  • 标准IO流对象:

C++标准库提供了4个全局流对象cin、cout、cerr、clog

注:在使用时候必须要包含文件并引入std标准命名空间

  • 介绍:
  1. 使用cout进行标准输出,即数据从内存流向控制台(显示器)

  2. 使用cin进行标准输入即数据通过键盘输入到程序中

  3. 使用cerr用来进行标准错误的输出

  4. 使用clog进行日志的输

  • 建议:
  1. C++尽量去用cin和cout,能用它就用他(便捷,不易出错)

  2. 用cout和cin不方便的地方,再去用scanf和printf(如对于输出格式有特别需求的)

  • 注意:
  1. cout、cerr、clog是ostream类的三个不同的对象,但是基本没有区别,只是应用场景不同

  2. cin为缓冲流

    • 解释:

    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

  1. 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

  2. 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

  • 注意:
  1. 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

  2. 如果需要只以\n作为结束符,可以使用getline

image-20220102203050579

\4. 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

image-20220102200359854 image-20220102200408384

注: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

  1. 循环输入
  • 示例:
// 单个元素循环输入
while(cin>>a)
{
	// ...
}
// 多个元素循环输入
while(c>>a>>b>>c)
{
	// ...
}
// 整行接收
while(cin>>str)
{
	// ...
}

注:我们知道cin的返回值是输入流,这里可以作为条件判断的原因是,C++重载了operator bool(),要进行布尔判断时,会自动调用该函数进行返回值强制类型转化,再判断是否继续执行

image-20220102203409598

除此之外,自定义类型也可以直接做条件逻辑判断

  • 示例:
// evaluating a stream
#include <iostream>     // std::cerr
#include <fstream>      // std::ifstream

int main () {
  std::ifstream is;
  is.open ("test.txt");
  if (is) {
    // read file
  }
  else {
    std::cerr << "Error opening 'test.txt'\n";
  }
  return 0;
}

注:operator bool () 提供一个本类型到bool的隐式转换,不允许使用参数(这样的重载是一个特例,与operator new类似)

五、C++文件IO流

C++根据文件内容的数据格式分为二进制文件文本文件

  • 采用文件流对象操作文件的一般步骤:
  1. 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)

  2. 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

  3. 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

  4. 关闭文件

  • 示例:
#include<iostream>
#include <fstream>
using namespace std;

// 使用文件IO流用文本及二进制方式演示读写配置文件
struct ServerInfo
{
	char _ip[32]; // ip
	int _port; // 端口
};
struct ConfigManager
{
public:
	ConfigManager(const char* configfile = "cfserver.config")
		:_configfile(configfile)
	{}

	void WriteBin(const ServerInfo& info)
	{
		// 这里注意使用二进制方式打开写
		ofstream ofs(_configfile, ifstream::out | ifstream::binary);
		ofs.write((const char*)&info, sizeof(ServerInfo));
		ofs.close();
	}

	void ReadBin(ServerInfo& info)
	{
		// 这里注意使用二进制方式打开读
		ifstream ifs(_configfile, ifstream::in | ifstream::binary);
		ifs.read((char*)&info, sizeof(ServerInfo));
		ifs.close();
	}

	void WriteText(const ServerInfo& info)
	{
		// 这里会发现IO流写整形比C语言那套就简单多了,
		// C 语言得先把整形itoa再写
		ofstream ofs(_configfile);
		ofs << info._ip << endl;
		ofs << info._port << endl;
		ofs.close();
	}

	void ReadText(ServerInfo& info)
	{
		// 这里会发现IO流读整形比C语言那套就简单多了,
		// C 语言得先读字符串,再atoi
		ifstream ifs(_configfile);
		ifs >> info._ip;
		ifs >> info._port;
		ifs.close();
	}
private:
	string _configfile; // 配置文件
};
int main()
{
	ConfigManager cfgMgr;
	ServerInfo wtinfo;
	ServerInfo rdinfo;
	strcpy(wtinfo._ip, "127.0.0.1");
	wtinfo._port = 80;
	// 二进制读写
	cfgMgr.WriteBin(wtinfo);
	cfgMgr.ReadBin(rdinfo);
	cout << rdinfo._ip << endl;
	cout << rdinfo._port << endl;
	// 文本读写
	cfgMgr.WriteText(wtinfo);
	cfgMgr.ReadText(rdinfo);
	cout << rdinfo._ip << endl;
	cout << rdinfo._port << endl;
	return 0;
}
  • 结果:
image-20220102204644131 image-20220102204710438

注:相比于C语言方便很多,不用控制格式

六、stringstream的介绍和使用

  • 引入:

在C语言中将一个整形变量的数据转化为字符串格式的方式有:

  1. 使用itoa()函数

  2. 使用sprintf()函数

  • 注意:

两个函数在转化时,都得需要先给出保存结果的空间,那空间要给多大呢,就不太好界定,而且转化格式不匹配时,可能还会得到错误的结果甚至程序崩溃

  • 示例:
void test()
{
	int n = 123456789;
	char s1[32];
	_itoa(n, s1, 10);
	char s2[32];
	sprintf(s2, "%d", n);
	char s3[32];
	sprintf(s3, "%f", n);
}

在C++中,对此问题引入了stringstream类

  • 注意:

使用时需包含头文件sstream,在sstream头文件下,标准库三个类:istringstream、ostringstream 和 stringstream,分别用来进行流的输入、输出和输入输出操作

  • stringstream作用:
  1. 将数值类型数据格式化为字符串
  • 示例:
#include<sstream>
void test_stringstream1()
{
	int a = 12345678;
	string sa;
	// 将一个整形变量转化为字符串,存储到string类对象中
	stringstream s;
	s << a;
	s >> sa;
    cout << sa << endl;
	// clear()
	// 注意多次转换时,必须使用clear将上次转换状态清空掉
	// stringstreams在转换结尾时(即最后一个转换后),会将其内部状态设置为badbit
	// 因此下一次转换是必须调用clear()将状态重置为goodbit才可以转换
	// 但是clear()不会将stringstreams底层字符串清空掉
	// s.str("");
	// 将stringstream底层管理string对象设置成"",
	// 否则多次转换时,会将结果全部累积在底层string对象中
	s.str("");
	s.clear(); // 清空s, 不清空会转化失败
	double d = 12.34;
	s << d;
	s >> sa;
	string sValue;
	sValue = s.str(); // str()方法:返回stringsteam中管理的string类型
	cout << sValue << endl;
}
  • 结果:
image-20220103100038006
  1. 字符串拼接
  • 示例:
void test_stringstream2()
{
	stringstream sstream;
	// 将多个字符串放入 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;
}
  • 结果:
image-20220103100204782
  • 注意:
  1. stringstream实际是在其底层维护了一个string类型的对象用来保存结果

  2. 多次数据类型转化时,一定要用clear()来清空,才能正确转化,但clear()不会将stringstream底层的string对象清空

  3. 可以使用s. str("")方法将底层string对象设置为""空字符串

  4. 可以使用s.str()将让stringstream返回其底层的string对象

  5. stringstream使用string类对象代替字符数组,可以避免缓冲区溢出的危险,而且其会对参数类型进行推演,不需要格式化控制,也不会出现格式化失败的风险,因此使用更方便,更安全

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