C++ stream

C++流概述

在程序设计中，数据输入/输出（I/O）操作是必不可少的，C++语言的数据输入/输出操作是通过I/O流库来实现的。C++中把数据之间的传输操作称为流，流既可以表示数据从内存传送到某个载体或设备中，即输出流，也可以表示数据从某个载体或设备传送到内存缓冲区变量中，即输入流。

C++流涉及以下概念：

标准I/O流：内存与标准输入输出设备之间信息的传递；
文件I/O流：内存与外部文件之间信息的传递；
字符串I/O流：内存变量与表示字符串流的字符数组之间信息的传递。

STL中定义的流类:

流类分类	流类名称	流类作用
流基类	ios	所有流类的父类，保存流的状态并处理错误
输入流类	istream	输入流基类，将流缓冲区中的数据作格式化和非格式化之间的转换并输入
	ifstream	文件输入流类
	istream_withassign	cin输入流类，即操作符>>输入流
	istrstream	串输入流类, 基于C类型字符串char*编写
	istringstream	串输入流类, 基于std::string编写
输出流类	ostream	输出流基类，将流缓冲区中的数据作格式化和非格式化之间的转换。并输出
	ofstream	文件输出流类
	ostream_withassign	Cout、cerr、clog的输出流类，即操作符<<输出流
	ostrstream	串输入流类, 基于C类型字符串char*编写
	ostringstream	串输入流类, 基于std::string编写
输入/输出流类	iostream	多目的输入/输出流类的基类
	fstream	文件流输入/输出类
	strstream	串流输入/输出类, 基于C类型字符串char*编写
	stringstream	串流输入/输出类, 基于std::string编写

注，对于串流，提供了两套类，一个基于C类型字符串char *编写（定义于头文件strstream）,一个基于std::string编写（定义于sstream), 后者是C++标准委员会推荐使用的。另外看一些资料，都说还定义了文件流和串流的基类fstreambase和strstreambase，而且描述ofstream继承于ostream和fstreambase，但没有找到，于是省略了。可搜索关键字（fstreambase或strstreambase）查看详情。

预定义标准流对象:

istream &cin; //键盘
ostream &cout; //屏幕
ostream &cerr; //屏幕
ostream &clog; //打印机
wistream &wcin;
wostream &wcout;
wostream &wcerr;
wostream &wclog;

C++中读取string对象

1.标准输入读取：cin >> string

a.忽略开头所有的空白字符（空格、换行、制表符等）；

b.读取字符直至再次遇到空白字符，读取终止；

2.读取整行文本：getline(istream, string)

a.不忽略开头的空白字符；

b.读取字符直至遇到换行符，如果第一个字符是换行符，则返回空string；

c.返回时丢弃换行符，换行符不存储在string中。

STL C++中string、ifstream、stringstream的使用

1、从标准输入接受字符串，然后进行相关处理

#include<iostream>
#include<sstream>
#include<string>
using namespace std;
int main()
{
string s; //定义一个stirng对象，从标准输入接受一个字符串
cout<<"请输入一行字符串:"<<endl;
getline(cin,s);
stringstream ss(s); //定义一个string流（使用s实例化）
cout<<"处理后的字符串为:"<<endl; //将string流里的东西输出
for(string s1;ss>>s1;cout<<s1<<endl);
return 0;
}

运行结果如下：

请输入一行字符串:
you are a good boy
处理后的字符串为:
you
are
a
good
boy

根据前文所说“忽略开头空白字符，读取字符直至再次遇到空白字符为止”，这样的结果不难理解。

2、从文件读入字符串，然后进行相关处理

#include<iostream>
#include<sstream>
#include<string>
#include<fstream>
using namespace std;
int main()
{
ifstream fin("test.in"); //定义一个文件输入流，从文件中读取数据
if(!fin)
{
cout<<"can not open the input file";
return -1;
}
string s; //定义一个string，获取文件输入流中的一行
while(getline(fin,s))
{
stringstream ss(s); //定义一个string流（使用一个string对象填充）
int a,b;
ss>>a;ss>>b; //将string流中的两个值分别读入a、b中
cout<<"该行数据和为："<<a+b<<endl;
}
return 0;
}

test.in文件内容如下：

1 10
2 100
3 8
4 9

运行结果为:

该行数据和为：11
该行数据和为：102
该行数据和为：11
该行数据和为：13

其中，getline函数原型如下：

template<class E, class T, class A> basic_istream<E, T>& getline(
basic_istream <E, T>& is, basic_string<E, T, A>& str); template<class E, class T, class A> basic_istream<E, T>& getline( basic_istream <E, T>& is, basic_string<E, T, A>& str, E delim);

第二个重载函数很有意思，结尾是char, 或wchar型的一个分隔符，如果设为’\n’，则为以换行符为分隔，如果设为’,'，则为以逗号为分隔。由此，虽然C++中的字符串没有分割函数，如果是从文件中读取出被特定分隔符分隔的文本，那么就可以用此方法，如：

std::ifstream file;
file.open("tt.txt");
std::string s,t;
while(std::getline(file,s)) //按行读取
{
std::stringstream strs(s); //把行装到另一个流中
while(std::getline(strs,t,’,')) //把流按分隔符实现分割
std::cout<<t<<std::endl;
}
file.close();

上面的程序相当于将整个文本先按行分割，再按分隔符分割，也可以变换一下，只按分隔符分割，然后过滤掉按行符，换行符与某元素连在了一起，并处于开头。

C++的流操作复制文件

写.wrl, .obj文件格式转换时用到，记录一下相关方法

使用C++标准程序库的输入输出流(I/O Stream)复制文件，存在许多的方法，

方法一：逐个字符复制

#include < fstream >
std::ifstream input("in",ios::binary);
std::ofstream output("out",ios::binary);
char ch;
while (input.get(ch)) output << ch;

注意：如果使用input>>ch读取字符，则必须先调用input.unsetf(ios::skipws)取消输入流默认的跳过空白符（空格、换行、制表符等）的输入格式，因为换行符是空白符的一种。另外，对于ofstream对象，默认的操作方式是ios_base::out | ios_base::trunc，即输出和文件清空！

方法二：逐行复制

#include < fstream >
#include < string >
std::ifstream input("in",ios::binary);
std::ofstream output("out",ios::binary);
std::string line;
while (getline(input,line)) output << line << "\n";

注意：这里的代码有一个小小的缺陷，如果文件不是纯文本格式的文件，或者文本文件的最后没有换行符，那么会导致复制后的文件末尾添加了一个多余的换行符。

方法三：迭代器复制

#include < fstream >
#include < iterator >
#include < algorithm >
std::ifstream input("in",ios::binary);
std::ofstream output("out",ios::binary);
input.unsetf(ios::skipws);
copy(istream_iterator(input),istream_iterator(),ostream_iterator(output,""));

同样这里也有一个小技巧，输入流的格式默认为跳过空白字符，因此调用unsetf取消这个格式，才可保证正确的复制。见后方中字符串缓冲与文件缓冲类的定义，文件缓冲类没有定义自己的迭代器，所以就用了

方法四：缓冲区复制

#include < fstream >
std::ifstream input("in",ios::binary);
std::ofstream output("out",ios::binary);
output << input.rdbuf();

这里直接使用了输入流的缓冲区，因此没有引入额外的临时对象。

很显然，上述四种方法中，最后一种方法最简洁，由于直接操作输入流的缓冲区，从运行效率上来说，也比其他方法有着略微的优势(当然，由于操作系统可能提供了额外的基于设备的文件缓冲机制，也许你无法证实这一点)。因此，除非要对输入内容进行处理，直接复制文件推荐最后一种方法，既不容易出错，又能获得良好的性能。

另外，对文件进行更改、删除、插入等操作，可以直接用以上方法也可以先把文件读入vector<string>，处理后再输出，不过当文件很大的时候，vector占用内存空间较大，而且输出时会破坏原文件格式，尽量不使用。

以上是几种同种流（文件流）之间的数据复制的方式，字符串流与文件流之间也可以以此方式进行复制。另外，再看一下get函数：

int_type get(); basic_istream& get(E& c); basic_istream& get(E *s, streamsize n); basic_istream& get(E *s, streamsize n, E delim); basic_istream& get(basic_streambuf<E, T> *sb); basic_istream& get(basic_streambuf<E, T> *sb, E delim);

delim表示结束符，前文中讨论的流分割函数还记得吧？又多了种方法，估计get与全局函数getline(不是那个成员函数，成员函数要求给出streamsize，而全局的就不用)实现得差不多。默认的也是’\n’，按行分隔。

C++流缓冲区的应用——输出文件内容的方法举例

简单讨论C++流对象的底层缓冲区，并举例介绍如何使用该缓冲区进行文件内容的输出

C++标准库封装了一个缓冲区类streambuf，以供输入输出流对象使用。每个标准C++输出输出流对象都包含一个指向streambuf的指针，用户可以通过调用rdbuf()成员函数获得该指针，从而直接访问底层streambuf对象。因此，可以直接对底层缓冲区进行数据读写，从而跳过上层的格式化输入输出操作。

template <class Elem, class Traits> class basic_ios
: public ios_base {
basic_streambuf<_Elem, _Traits>*_Mystrbuf;
//C++标准库封装了一个缓冲区类streambuf。
_Mysb * rdbuf() const
{ // return stream buffer pointer
return (_Mystrbuf);
}
//使调用者与参数(流缓冲指针)关联，
//返回自己当前关联的流缓冲区指针, 可用来重定向等
_Mysb * rdbuf(_Mysb *_Strbuf)
{ // set stream buffer pointer
_Mysb *_Oldstrbuf = _Mystrbuf;
_Mystrbuf = _Strbuf;
return (_Oldstrbuf);
}
};

对象通过调用rdbuf()获得了底层streambuf对象的指针，也就可以通过该指针调用streambuf支持你各种操作进行输入输出。在这里主要介绍如何利用该指针实现文件内容的输出。

对于文件流类和字符串流类，分别派生了相应的流缓冲区类型：

template<class _Elem,
class _Traits> class basic_streambuf; typedef basic_streambuf<char, char_traits<char> > streambuf; typedef basic_streambuf<wchar_t, char_traits<wchar_t> > wstreambuf;
template <class Elem, class Tr = char_traits<Elem>, class Alloc = allocator<Elem> > class basic_stringbuf :
public basic_streambuf<Elem, Tr>
typedef basic_stringbuf<char, char_traits<char>, allocator<char> > stringbuf; typedef basic_stringbuf<wchar_t, char_traits<wchar_t>, allocator<wchar_t> > wstringbuf;
template <class Elem, class Tr = char_traits<Elem> > class basic_filebuf : public basic_streambuf<Elem, Tr>
typedef basic_filebuf<char, char_traits<char> > filebuf;
typedef basic_filebuf<wchar_t, char_traits<wchar_t> > wfilebuf;

输出流提供了一个重载版本operator<<，它以streambuf指针为参数，实现把streambuf对象中的所有字符输出到输出流出中；输入流也提供了一个对应的operator>>重载版本，把输入流对象中的所有字符输入到streambuf对象中。输入流的get成员重载版本中还有以streambuf指针为参数的版本，也可以用来把输入流的东西写入到输出流缓冲区中。

下面用三种方法实现把一个文件的内容输出标准输出（当然还可以通过普通的标准格式化输入输出完成）：

方法一：通过operator<<

#include <iostream> #include <fstream> using namespace std; int main() { ifstream fin("source.dat"); cout<<fin.rdbuf(); return 0; }

方法二：利用get成员函数

ifstream fin("source.dat"); while (!fin.get(*cout.rdbuf()).eof()) { // extract a line input if (fin.fail()) // blank line fin.clear(); cout<<char(fin.get()); // extract '\n' }

代码解释：由于上面代码中的get版本在遇到’\n’字符时，结束提取，所以需要用循环实现整个文件内容的输出。另外，当此版本get函数遇到空行时，因为没有提取到任何字符（注意：get不提取回车符），注意会设置失败标志ios::failbit，所以此时应当调用clear()函数清除错误标志。同样，因为该版本get不会提取回车符，所以需要用另一版本的get()提取回车符。不同版本的Get函数参见前文。此处还使用了*cout.rdbuf()，cout是ostream类的对象，当然就有缓冲区，可以用rdbuf返回缓冲区对象的指针。最后，关于fin.clear, 需要特别注意的是：要清空流类对象的内存，不能用clear方法，那只是设置了错误标志位;

方法三：利用重载的get函数

ifstream fin("main.cpp"); fin.get(*cout.rdbuf(), EOF);

代码解释：这个版本的get成员函数可以自定义提取终止符。这里通过设置为文件结束符（EOF）来达到一下提取整个文件的目的。

当然，你可以把上面的cout换成任意的输出流，比如文件输出流，从而可以实现文件的拷贝功能。

另外，上面代码中并没有使用输入流的>>操作符，因为>>和<<是相对的，只是把操作数交换一下位置罢了。因此，你可以把上面代码中用out<<in.rdbuf()的地方换成in>>out.rdbuf()，代码的功能完全一样，效果也一样。

关于流缓冲区

1. 缓冲类型。

标准库提供缓冲是为了减少对read和write的调用。提供的缓冲有三种类型(整理自APUE):

全缓冲。在这种情况下,实际的I/O操作只有在缓冲区被填满了之后才会进行。对驻留在磁盘上的文件的操作一般是有标准I/O库提供全缓冲。缓冲区一般是在第一次对流进行I/O操作时,由标准I/O函数调用malloc函数分配得到的。flush描述了标准I/O缓冲的写操作。缓冲区可以由标准I/O函数自动flush(例如缓冲区满的时候);或者我们对流调用fflush函数。
行缓冲。在这种情况下,只有在输入/输出中遇到换行符的时候,才会执行实际的I/O操作。这允许我们一次写一个字符,但是只有在写完一行之后才做I/O操作。一般的,涉及到终端的流–例如标注输入(stdin)和标准输出(stdout)–是行缓冲的。