8 IO库

include
include
- 3. string流
  - 3.1 使用istringstream
  - 3.2 使用ostringstream

部分IO库设施：
- istream：输入流类型，提供输入操作。
- ostream：输出流类型，提供输出操作。
- cin：istream 对象，从标准输入读取数据。
- cout：ostream 对象，向标准输出写入数据。
- cerr：ostream 对象，向标准错误写入数据。
- >> 运算符：从 istream 对象读取输入数据。
- << 运算符：向 ostream 对象写入输出数据。
- getline 函数：从 istream 对象读取一行数据，写入 string 对象。
#include ：istream、ostream和iostream
#include ：ifstream、ofstream和fstream
#include ：istringstream、ostringtream和stringstream
C++语言不直接处理输入输出，而是通过一族定义在标准库中的类型来处理IO。这些类型支持从设备读取数据、向设备写入数据的IO操作。
写代码时注意：
- （1）在使用一个流之前检查它是否处于良好状态
- （2）对一个文件流进行open是否成功的检测

0. 缓冲区

参考：https://blog.csdn.net/fuhanghang/article/details/109756207
什么是缓冲区
- 缓冲区又称为缓存，它是内存空间的一部分。也就是说，在内存空间中预留了一定的存储空间，这些存储空间用来缓冲输入或输出的数据，这部分预留的空间就叫做缓冲区。
- 缓冲区根据其对应的是输入设备还是输出设备，分为输入缓冲区和输出缓冲区。
为什么要引入缓冲区
- 比如我们从磁盘里取信息，我们先把读出的数据放在缓冲区，计算机再直接从缓冲区中取数据，等缓冲区的数据取完后再去磁盘中读取，这样就可以减少磁盘的读写次数，再加上计算机对缓冲区的操作大大快于对磁盘的操作，故应用缓冲区可大大提高计算机的运行速度。
- 又比如，我们使用打印机打印文档，由于打印机的打印速度相对较慢，我们先把文档输出到打印机相应的缓冲区，打印机再自行逐步打印，这时我们的CPU可以处理别的事情。
- 现在您基本明白了吧，缓冲区就是一块内存区，它用在输入输出设备和CPU之间，用来缓存数据。它使得低速的输入输出设备和高速的CPU能够协调工作，避免低速的输入输出设备占用CPU，解放出CPU，使其能够高效率工作。
缓冲区的类型——分为三种类型：全缓冲、行缓冲和不带缓冲。
- 1、全缓冲
  - 在这种情况下，当填满标准I/O缓存后才进行实际I/O操作。全缓冲的典型代表是对磁盘文件的读写。
- 2、行缓冲
  - 在这种情况下，当在输入和输出中遇到换行符时，执行真正的I/O操作。这时，我们输入的字符先存放在缓冲区，等按下回车键换行时才进行实际的I/O操作。典型代表是键盘输入数据。
- 3、不带缓冲
  - 也就是不进行缓冲，标准出错情况stderr是典型代表，这使得出错信息可以直接尽快地显示出来。
缓冲区的刷新
- 下列情况会引发缓冲区的刷新:
  - 1、缓冲区满时；
  - 2、执行flush语句；
  - 3、执行endl语句；
  - 4、关闭文件。
可见，缓冲区满或关闭文件时都会刷新缓冲区，进行真正的I/O操作。另外，在C++中，我们可以使用flush函数来刷新缓冲区（执行I/O操作并清空缓冲区），如：

cout<<flush ; // 将显存的内容立即输出到显示器上进行显示
cout<<endl ; // endl控制符的作用是将光标移动到输出设备中下一行开头处，并且清空缓冲区
// 相当于cout<<”\n” <<flush ;

1. IO类

标准库定义的IO类型
- iostream头文件（针对流）：定义了用于读写流的基本类型，从标准流中读写数据
- fstream头文件（针对文件）：定义了读写命名文件的类型，从文件中读写数据
- sstream头文件（针对string）：定义了读写内存中 string 对象的类型。
继承关系
通常可以将一个派生类（继承类）对象当作其基类（所继承的类）对象来使用，这是通过继承机制（inheritance）实现的。
类型ifstream和istringstream都继承自istream，所以我们怎样用istream，就可以怎样用ifstream和istringstream。类似的，ofstream和ostringstream都继承自ostream。
IO库大致可操作三类数据：控制台流(stream) ，文件(file) ，字符串 (string)。
操作类型又可分三类：输入（in），输出(out) ，输入与输出(in/out)。
iostream库里面创建了3个标准流对象：
- cin 表示标准输入的istream对象，cin可以使我们从设备读取数据。
- cout 表示标准输出的ostream对象，cout可以使我们向设备写入数据。
- cerr 表示标准错误的ostream对象，cerr是导出程序错误消息的地方，只能向屏幕设备写数据。
标准的流对象都有默认的设备
- cout << data; cout默认的设备是显示器缓冲区。
- cin >> data; cin默认的设备是键盘缓冲区。
宽字符版本的IO类型和函数的名字以 w 开始，如 wcin、wcout 和 wcerr 分别对应 cin、cout 和cerr。它们与其对应的普通 char 版本都定义在同一个头文件中，如头文件 fstream 定义了 ifstream 和 wifstream 类型。
- 例如我们要保存一个字符 'a' 可以定义 char, 但是我们要保存字符 '家' 就无法按使用char 而要使用 wchar_t 了。IO类也有这样的区分，例如我们要在控制台输出中文字符就只能用 wcout << "你好" << endl，想要将中文保存到文本就要用wofstream 或 wfstream 。要正确读取包含中文字符文件要使用 wifstream 类。

1.1 IO对象无拷贝或赋值

不能拷贝或对IO对象赋值。
IO对象不能存在容器里。

ofstream out1, out2;
out1 = out2;    			// 错误：不能对流对象赋值
ofstream print(ofstream);   // 错误：不能初始化ofstream参数
out2 = print(out2);     	// 错误：不能拷贝流对象

由于IO对象不能拷贝，因此不能将函数形参或返回类型定义为流类型。
进行IO操作的函数通常以引用方式传递和返回流。
读写一个IO对象会改变其状态，因此传递和返回的引用不能是 const 的。
总结:
- IO对象无拷贝或赋值
- 函数形参和返回类型不能是流类型
- 函数形参和返回类型一般是流的引用
- 传递和返回的引用不能是const

1.2 条件状态

IO操作一个与生俱来的问题是可能发生错误。一些错误是可恢复的，而其他错误则发生在系统深处，已经超出了应用程序可以修正的范围。
IO库条件状态：可被任意流类使用的一组标志和函数，用来指出给定流是否可用
注意：上表中，strm代表一种IO类型（如istream），s代表一个流对象。
只有当一个流处于无错状态时，我们才可以从它读取数据，向它写入数据。
由于流可能处于错误状态，因此代码通常应该在使用一个流之前检查它是否处于良好状态。
检查一个流对象的状态的最简单的方法是将它当作一个条件来使用：

while (cin >> word)
    // ok: 读操作成功....

将流作为条件使用，只能告诉我们流是否有效，而无法告诉我们具体发生了什么。有时我们也需要知道流为什么失败来做不同的后续处理——通过查询流的状态
IO库定义了一个与机器无关的iostate类型，它提供了表达流状态的完整功能。这个类型应作为一个位集合来使用。IO库定义了4个iostate类型的constexpr值，表示特定的位模式。这些值用来表示特定特定类型的IO条件，可以与位运算符一起使用来一次性检测或设置多个标志位。
流的状态种类：
- badbit 表示系统级错误，如不可恢复的读写错误。通常情况下，一旦 badbit 被置位，流就无法继续使用了。
- 在发生可恢复错误后，failbit 会被置位，如期望读取数值却读出一个字符。这种问题通常是可以修正的，流还可以继续使用。
- 如果到达文件结束位置，eofbit 和 failbit 都会被置位。
- 如果流未发生错误，则 goodbit 的值为0。
- 如果 badbit、failbit 和 eofbit 任何一个被置位，检测流状态的条件（如while条件）都会失败。
查询流的状态
- good 函数在所有错误均未置位时返回 true。
- 而 bad、fail 和 eof 函数在对应错误位被置位时返回 true。
- 此外，在 badbit 被置位时，fail 函数也会返回 true。
- 因此应该使用 good 或 fail 函数确定流的总体状态，eof 和 bad 只能检测特定错误。
管理条件状态
- 流对象的 rdstate 成员返回一个 iostate 值，表示流的当前状态。
- setstate 成员用于将指定条件置位（叠加原始流状态）。
- clear 成员的无参版本清除所有错误标志；含参版本接受一个 iostate 值，用于设置流的新状态（覆盖原始流状态）。

auto old_state = cin.rdstate();     // 记住cin的当前状态
cin.clear();    			// 使cin有效
process_input(cin);     	// 使用cin
cin.setstate(old_state);    // 将cin置为保存的原有状态

1.3 管理输出缓冲

每个输出流都管理一个缓冲区，用于保存程序读写的数据。
执行输出的代码，文本串可能立即打印出来，也可能被操作系统保存在堆栈内，随后再打印。
注意：如果程序异常终止，输出缓冲区是不会被刷新的。当一个程序崩溃后，它所输出的数据很可能停留在输出缓冲区中等待打印。
当调试一个已经崩溃的程序时，需要确认那些你认为已经输出的数据确实已经刷新了。否则，可能将大量时间浪费在追踪代码为什么没有执行上，而实际上代码已经执行了，只是程序崩溃后缓冲区没有被刷新，输出数据被挂起没有打印而已。
导致缓冲刷新（即数据真正写入输出设备或文件）的原因有很多：
（1）程序正常结束：作为main函数的return操作的一部分，缓冲刷新被执行
（2）缓冲区已满。
（3）使用操纵符（如 endl）显式刷新缓冲区。
- 操纵符endl：输出一个换行符并重新刷新缓冲区。
- 操纵符flush：刷新缓冲区，但不输出任何额外字符
- 操纵符ends：向缓冲区插入一个空字符null，然后刷新缓冲区。

cout << "hi!" << endl;   // 输出hi和一个换行，然后刷新缓冲区
cout << "hi!" << flush;  // 输出hi，然后刷新缓冲区，不附加任何额外字符
cout << "hi!" << ends;   // 输出hi和一个空字符，然后刷新缓冲区

（4）操纵符unitbuf：告诉流接下来每次输出操作后都刷新缓冲区。
- 如果想在每次输出操作后都刷新缓冲区，可以使用 unitbuf 操纵符。它令流在接下来的每次写操作后都进行一次 flush 操作。而 nounitbuf 操纵符则使流恢复使用正常的缓冲区刷新机制。
- 默认情况下，对 cerr 是设置 unitbuf 的，因此写到 cerr 的内容都是立即刷新的。

cout << unitbuf;    // 所有输出操作后都会立即刷新缓冲区
// 任何输出都立即刷新，无缓冲
cout << nounitbuf;  // 回到正常的缓冲方式

（5）一个输出流可以被关联到另一个流。这种情况下，当读写被关联的流时，关联到的流的缓冲区会被刷新。默认情况下，cin 和 cerr 都关联到 cout，因此，读 cin 或写 cerr 都会刷新 cout 的缓冲区。
- 当一个输入流被关联到一个输出流时，任何试图从输入流读取数据的操作都会先刷新关联的输出流。
- 标准库将cout和cin关联在一起，因此下面的语句会导致cout的缓冲区被刷新：

cin >> ival;

交互式系统通常应该关联输入流和输出流。这意味着包括用户提示信息在内的所有输出，都会在读操作之前被打印出来。
使用 tie 函数可以关联两个流。它有两个重载版本：
- 无参版本：返回指向输出流的指针。如果本对象已关联到一个输出流，则返回的就是指向这个流的指针，否则返回空指针。
- 第二个版本：接受一个指向 ostream 的指针，将本对象关联到此 ostream。

cin.tie(&cout);     // 仅仅是用来展示：标准库将cin和cout关联在一起
// old tie指向当前关联到cin的流（如果有的话）
ostream *old_tie = cin.tie(nullptr); // cin不再与其他流关联
// 将cin与cerr关联；这不是一个好主意，因为cin应该关联到cout
cin.tie(&cerr);     // 读取cin会刷新 cerr而不是cout
cin.tie(old_tie);   // 重建cin和cout间的正常关联

每个流同时最多关联一个流，但多个流可以同时关联同一个 ostream。向 tie 传递空指针可以解开流的关联。

2. 文件输入输出：文件内换行也是用endl

头文件 fstream 定义了三个类型来支持文件IO：
- ifstream 从给定文件读取数据
- ofstream 向指定文件写入数据
- fstream 可以同时读写指定文件。
上表中的fstream不是指头文件，而是指头文件fstream定义的一个类型,如fstream/ofstream/ifstream

2.1 使用文件流对象

每个文件流类型都定义了open函数，它完成一些系统操作，定位指定文件，并视情况打开为读或写模式。
创建文件流对象时，如果提供了文件名（可选），open 会被自动调用。

ifstream in(ifile);   	// 构造一个ifstream并打开给定文件
ofstream out;   	// 输出文件流未关联到任何文件

在C++11中，文件流对象的文件名可以是 string 对象或C风格字符数组。旧版本的标准库只支持C风格字符数组。
用fstream代替iostream&
- 在要求使用基类对象的地方，可以用继承类型的对象代替。因此一个接受 iostream 类型引用或指针参数的函数，可以用对应的 fstream 类型来调用。
可以先定义空文件流对象，再调用 open 函数将其与指定文件关联。如果 open 调用失败，failbit 会被置位。

ifstream in("a.txt");  // 隐式调用open
// 等价于
// ifstream in;
// in.open("a.txt");
// 检测open是否成功
if(!in){
    cerr << "无法打开输入文件" << endl;
    return -1;
}

如果open调用成功，则open会设置流的状态，使得good()为true
一旦一个文件流已经打开，它就保持与对应文件的关联。对一个已经打开的文件流调用 open 会失败，并导致 failbit 被置位。随后试图使用文件流的操作都会失败。
如果想将文件流关联到另一个文件，必须先调用 close 关闭当前文件，若有必要还可以调用 clear 重置流的条件状态（close 不会重置流的条件状态）。文件成功关闭后，我们才可以打开新的文件：

in.close();  // 关闭文件
in.open("b.txt");  // 打开另一个文件

当一个 fstream 对象离开其作用域时会被销毁（如在for循环内部每个循环步中都要创建和销毁一次），close 会自动被调用，与之关联的文件会自动关闭。

2.2 文件模式

每个流都有一个关联的文件模式，用来指出如何使用文件。
ate和app区别
- ate 首次打开文件并定位到末尾,但可以用seekg(Pos)改变位置
- app 追加的方式打开文件(本来就含有ate的功能)，因为是追加的方式，不管你是否移动位置，都会在末尾插入
对文件流指定文件模式有如下限制：
- 只能对 ofstream 或 fstream 对象设定 out 模式。
- 只能对 ifstream 或 fstream 对象设定 in 模式。
- 只有当 out 被设定时才能设定 trunc 模式。
- 只要 trunc 没被设定，就能设定 app 模式。在 app 模式下，即使没有设定 out 模式，文件也是以输出方式打开。
- 默认情况下，即使没有设定 trunc，以 out 模式打开的文件也会被截断。如果想保留以 out 模式打开的文件内容，就必须同时设定 app 模式，这会将数据追加写到文件末尾；或者同时设定 in 模式，即同时进行读写操作。
- ate 和 binary 模式可用于任何类型的文件流对象，并可以和其他任何模式组合使用。
每个文件流类型都定义了一个默认的文件模式，当我们未指定文件模式时，就使用此默认模式。与 ifstream 关联的文件默认以 in 模式打开；与 ofstream 关联的文件默认以 out 模式打开；与 fstream 关联的文件默认以 in 和 out 模式打开。
总结：
- ofstream：out模式（默认）
- fstream：in模式，out模式，in模式+out模式（默认）
- ifstream：in模式（默认）
- out模式组合
  - （1）默认截断：清空文件内容
  - （2）+trunc模式：显式截断
  - （3）+app模式：防止文件内容清空，将数据追加写到文件末尾——>等效于单独app模式：即使没有设定 out 模式，文件也是以输出方式打开
  - （4）+in模式：同时进行读写操作
每种文件类型都有定义了自己能用的文件模式：
- 如：ofstream::out、ofstream::app等
二元或运算符 | 可以用来组合文件模式：mode1 | mode2| mode3....
- 如：ofstream::out | ofstream::app
直接以out模式打开文件会丢弃已有数据
- 默认情况下，打开 ofstream 对象时，文件内容会被丢弃，阻止一个 ofstream 清空给定文件内容的方法是同时指定 app 模式**：

// 等效的指定out模式方式：
ofstream out("file1");  // 隐含以out模式打开文件并截断文件
ofstream out2("file1", ofstream::out);  // 隐含地截断文件
ofstream out3("file1", ofstream::out | ofstream::trunc); 
 
// 等效的指定app模式方式：
//为了保留文件内容，必须显式指定app模式
ofstream app("file2", ofstream::app);  // 隐含为输出模式
ofstream app("file2", ofstream::out | ofstream::app);

保留被 ofstream 打开的文件中已有数据的唯一方法是显式指定 app 或 in 模式。
流对象每次打开文件时都可以改变其文件模式。

ofstream out;   		// 未指定文件打开模式
out.open("scratchpad");    	// 模式隐含设置为输出和截断
out.close();    		// 关闭out，以便我们将其用于其他文件
out.open("precious", ofstream::app);   // 模式为out和app
out.close();

当 C++ 程序终止时，它会自动关闭刷新所有流，释放所有分配的内存，并关闭所有打开的文件。但程序员应该养成一个好习惯，在程序终止前关闭所有打开的文件。
写入操作：流对象 << 写入内容 (<< endl换行和刷新)

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

int main(){
    //标准输出（写到显示屏幕上）
    char ch[] = "hello world!";
    cout << ch << endl; 
    //文件输入（写到文件里）
    ofstream fout;
    fout.open("data.txt");//将fout对象和文件绑定起来（）
    fout << ch << endl;
    return 0;
}

读取操作：流对象 >> 保存内容变量
注意：文件流对象使用完成后需要close()进行关闭
读取 & 写入实例
- 下面的 C++ 程序以读写模式打开一个文件。在向文件 afile.dat 写入用户输入的信息之后，程序从文件读取信息，并将其输出到屏幕上：

include

using namespace std;

int main ()
{
char data[100];

// 以写模式打开文件
ofstream outfile;
outfile.open("afile.dat");
			 
cout << "Writing to the file" << endl;
cout << "Enter your name: "; 
cin.getline(data, 100);
			 
// 向文件写入用户输入的数据
outfile << data << endl;
			 
cout << "Enter your age: "; 
cin >> data;
cin.ignore();
			   
// 再次向文件写入用户输入的数据
outfile << data << endl;
			 
// 关闭打开的文件
outfile.close();
			 
// 以读模式打开文件
ifstream infile; 
infile.open("afile.dat"); 
			 
cout << "Reading from the file" << endl; 
infile >> data; 

// 在屏幕上写入数据
cout << data << endl;
			   
// 再次从文件读取数据，并显示它
infile >> data; 
cout << data << endl; 
			 
// 关闭打开的文件
infile.close();
			 
return 0;

}

3. string流

头文件 sstream 定义了三个类型来支持内存IO：
- istringstream 从 string 读取数据
- ostringstream 向 string 写入数据
- stringstream 可以同时读写 string 的数据。
上表中sstream是头文件sstream中任意一个类型。s是一个string。

3.1 使用istringstream

当某些工作是对整行文本进行处理，而其他一些工作是处理行内的单个单词时，通常可以使用 istringstream。

// 成员默认为公有
struct PersonInfo
{
    string name;
    vector<string> phones;
};

string line, word;   // 分别保存来自输入的一行和单词
vector<PersonInfo> people;    // 保存来自输入的所有记录
// 逐行从输入读取数据，直至cin遇到文件尾（或其他错误）
while (getline(cin, line))
{
    PersonInfo info;    		// 创建一个保存此记录数据的对象
    istringstream record(line);    	// 将记录绑定到刚读入的行
    record >> info.name;    		// 读取名字
    while (record >> word)  		// 读取电话号码
        info.phones.push_back(word);   // 保持它们
    people.push_back(info);    		// 将此记录追加到people末尾
}

3.2 使用ostringstream

当逐步构造输出，希望最后一起打印时， ostringstream 是很有用的。

for (const auto &entry : people)
{ 
    // 对people中每一项
    ostringstream formatted, badNums;   // 每个循环步创建的对象
    for (const auto &nums : entry.phones)
    { 
    	// 对每个数
        if (!valid(nums))
        {
            badNums << " " << nums;  	// 将数的字符串形式存入badNums
        }
        else
            // 将格式化的字符串"写入"
            formatted << " " << format(nums);
    }
    if (badNums.str().empty())   	// 没有错误的数
        os << entry.name << " "  	// 打印名字
            << formatted.str() << endl;   // 和格式化的数
    else  // 否则，打印名字和错误的数
        cerr << "input error: " << entry.name
            << " invalid number(s) " << badNums.str() << endl;
}

posted @ 2021-05-31 13:10 夏目的猫咪老师阅读(791) 评论(0) 编辑收藏举报

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8 IO库

0. 缓冲区

1. IO类

1.1 IO对象无拷贝或赋值

1.2 条件状态

1.3 管理输出缓冲

2. 文件输入输出：文件内换行也是用endl

2.1 使用文件流对象

2.2 文件模式

include

include

3. string流

3.1 使用istringstream

3.2 使用ostringstream

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