C语言的输入与输出
在C语言当中，我们使用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，并将读取到的值存放到某一指定变量当中。
- printf： 将指定的数据输出到标准输出设备（屏幕），使用时需要注意宽度输出和精度输出的控制。
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：
对输入输出缓冲区的理解：
- 可以屏蔽掉低级I/O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。
- 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”这个概念的，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”。
流是什么
“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有方向性的数据的抽象描述。
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）输入和从计算机内部向外部输出设备（如显示器）输出的过程。这种输入输出的过程被形象的比喻为“流”。
它的特性是：有序连续、具有方向性
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
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
C++标准IO流
C++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，即数据从内存流向控制台（显示器）。
- 使用cin进行标准输入，即数据通过键盘输入到程序中。
- 使用cerr进行标准错误的输出。
- 使用clog进行日志的输出。
从上图可以看出，cout、cerr、clog都是由ostream类实例化出的三个不同的对象，因此这三个对象基本没什么区别，只是应用场景不同。
在使用时候必须要包含#include文件并引入std标准命名空间。
注意：
1、cin为缓冲流。 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。
2、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（置1），程序继续。
3、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。但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。
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main(){
string s;
cin >> s; //输入："hello world"
cout << s << endl; //输出："hello"
return 0;
}
对于含有空格的字符串，我们需要使用getline函数进行读取，因为getline函数只有遇到’\n’才会停止读取。
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main(){
string s;
getline(cin, s); //输入："hello world"
cout << s << endl; //输出："hello world"
return 0;
}
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
5、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。
6、循环输入和输出
// 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) {
// ...
}
7、istream类型对象转换为逻辑条件判断值
istream& operator>> (int& val);
explicit operator bool() const;
实际上我们看到使用while(cin>>i)去流中提取对象数据时，调用的operator>>，返回值是 istream类型的对象，那么这里可以做逻辑条件值，源自于istream的对象又调用了operator bool，operator bool调用时如果接收流失败，或者有结束标志，则返回false。
C++文件IO流
C++标准库中的<fstream>头文件提供了用于文件输入和输出的类和接口。这些类通常与文件流对象一起使用，允许你打开、读取、写入和关闭文件。以下是一些常用的<fstream>接口和类的介绍：
ifstream（输入文件流）：ifstream类用于从文件中读取数据。
- 常用成员函数：
open(const char* filename, ios_base::openmode mode = ios_base::in)：打开指定文件以供读取。mode参数指定了文件的打开模式，例如ios::in表示只读模式。close()：关闭打开的文件。is_open()：检查文件是否已经成功打开。get()：从文件中读取一个字符。getline(char* buffer, streamsize count, char delim)：从文件中读取一行文本，直到遇到指定的分隔符或达到指定的字符数。operator>>：用于从文件中读取各种数据类型，例如int、double等。
ofstream（输出文件流）：
ofstream类用于向文件中写入数据。- 常用成员函数：
open(const char* filename, ios_base::openmode mode = ios_base::out)：打开指定文件以供写入。mode参数指定了文件的打开模式，例如ios::out表示只写模式。close()：关闭打开的文件。is_open()：检查文件是否已经成功打开。put(char c)：将字符写入文件。write(const char* buffer, streamsize count)：将指定数量的字节写入文件。operator<<：用于将各种数据类型写入文件，例如int、double等。
fstream（文件流）：
fstream类可用于既可以读取又可以写入文件的情况。- 它继承了
ifstream和ofstream的所有成员函数，因此可以用于打开、读取和写入文件。
以下是一些常见的文件打开模式：
- ios::in：
- 打开文件以供读取。可以使用
ifstream类或fstream类来读取文件内容。
- 打开文件以供读取。可以使用
- ios::out：
- 打开文件以供写入。可以使用
ofstream类或fstream类来写入文件内容。如果文件不存在，则会创建一个新文件；如果文件已存在，则会截断（清空）文件内容。
- 打开文件以供写入。可以使用
- ios::app：
- 打开文件以供追加写入。新数据将被添加到文件的末尾，而不会截断文件内容。如果文件不存在，则会创建一个新文件。
- ios::binary：
- 以二进制模式打开文件。这个模式用于处理二进制文件，如图像、音频或其他非文本文件。在二进制模式下，不会执行文本的自动换行和转换。
- ios::ate：
- 打开文件后，将文件指针移到文件的末尾。这可以让你立即开始读取或写入文件的末尾部分。
- ios::trunc：
- 如果文件已存在，在打开文件时会截断（清空）文件内容。通常与
ios::out一起使用，以确保文件被清空后写入新数据。
- 如果文件已存在，在打开文件时会截断（清空）文件内容。通常与
这些打开模式可以组合使用，通过按位或运算符|来实现。例如，要以二进制追加写入的方式打开文件，可以使用ios::binary | ios::app。
代码示例：
#include <iostream>
#include <fstream>
using namespace std;
int main() {
// 打开一个文本文件以供读取
ifstream inputFile("input.txt", ios::in);
// 打开一个二进制文件以供写入，如果不存在则创建
ofstream binaryFile("output.bin", ios::out | ios::binary);
// 打开一个文本文件以供追加写入
ofstream appendFile("log.txt", ios::out | ios::app);
if (inputFile.is_open() && binaryFile.is_open() && appendFile.is_open()) {
// 文件已成功打开，可以进行读取和写入操作
// ...
// 关闭文件
inputFile.close();
binaryFile.close();
appendFile.close();
} else {
cout << "无法打开文件" << endl;
}
return 0;
}
控制文件指针位置
tellg和seekg是C++中用于在文件流对象中控制文件指针位置的函数，通常与ifstream和fstream一起使用，用于读取文件的特定位置或获取当前文件指针的位置。
-
tellg函数：tellg函数用于获取当前文件指针的位置（读取位置）。它返回一个类型为streampos的值，表示当前文件指针的位置。streampos通常是一个整数类型，用于表示文件的字节偏移量。用法示例：
ifstream inputFile("example.txt", ios::in); if (inputFile.is_open()) { // 获取当前文件指针的位置 streampos currentPosition = inputFile.tellg(); cout << "当前文件指针位置：" << currentPosition << endl; // 读取文件内容 // ... // 获取新的文件指针位置 currentPosition = inputFile.tellg(); cout << "新的文件指针位置：" << currentPosition << endl; } -
seekg函数：seekg函数用于设置文件指针的位置，以便在文件中进行定位。它允许你将文件指针移动到文件的特定位置，以便读取或写入数据。seekg接受两个参数，第一个参数是偏移量，第二个参数是基准位置，用于确定偏移量是相对于文件的开头、当前位置还是文件的末尾。基准位置可以是以下之一：
ios::beg：基于文件的开头。ios::cur：基于当前文件指针位置。ios::end：基于文件的末尾。
用法示例：
ifstream inputFile("example.txt", ios::in); if (inputFile.is_open()) { // 将文件指针移动到文件的第10个字节（相对于文件开头） inputFile.seekg(10, ios::beg); // 读取从第10个字节开始的内容 string data; inputFile >> data; cout << "从第10个字节开始的内容：" << data << endl; // 将文件指针移动到文件末尾 inputFile.seekg(0, ios::end); // 获取文件末尾的位置 streampos endPosition = inputFile.tellg(); cout << "文件末尾位置：" << endPosition << endl; }
文件操作示例
以二进制的形式操作文件
以二进制的形式对文件进行写入操作：
//以二进制的形式对文件进行写入
void WriteBinary(){
ofstream ofile; //定义文件流对象
ofile.open("test.bin", ofstream::out | ofstream::binary); //以二进制写入的方式打开test.bin文件
char data[] = "Hello World";
ofile.write(data, strlen(data)); //将data字符串写入文件
ofile.put('!'); //将字符'!'写入文件
ofile.close(); //关闭文件
}
以二进制的形式对文件进行读取操作：
//以二进制的形式对文件进行读取
void ReadBinary(){
ifstream ifile; //定义文件流对象
ifile.open("test.bin", ofstream::in | ofstream::binary); //以二进制读取的方式打开test.bin文件
ifile.seekg(0, ifile.end); //跳转到文件末尾
int length = ifile.tellg(); //获取当前字符在文件当中的位置，即文件的字符总数
ifile.seekg(0, ifile.beg); //重新回到文件开头
char data[100];
ifile.read(data, length); //将文件当中的数据全部读取到字符串data当中
ifile.close(); //关闭文件
}
以文本的形式操作文件
以文本的形式对文件进行写入操作：
//以文本的形式对文件进行写入
void WriteTxt(){
ofstream ofile; //定义文件流对象
ofile.open("test.txt"); //以写入的方式打开test.txt文件
char data[] = "Hello World";
ofile.write(data, strlen(data)); //将data字符串写入文件
ofile.put('!'); //将字符'!'写入文件
ofile.close(); //关闭文件
}
以文本的形式对文件进行读取操作：
//以文本的形式对文件进行读取
void ReadTxt(){
ifstream ifile; //定义文件流对象
ifile.open("test.txt"); //以读取的方式打开test.txt文件
ifile.seekg(0, ifile.end); //跳转到文件末尾
int length = ifile.tellg(); //获取当前字符在文件当中的位置，即文件的字符总数
ifile.seekg(0, ifile.beg); //重新回到文件开头
char data[100];
ifile.read(data, length); //将文件当中的数据全部读取到字符串data当中
cout << length << endl;
cout << data << endl;
ifile.close(); //关闭文件
}
注意： 使用ofstream类对象的open函数时，若不指定打开方式，则默认以写的方式打开文件；使用ifstream类对象的open函数时，若不指定打开方式，则默认以读的方式打开文件；使用fstream类对象的open函数时，若不指定打开方式，则默认以写+读的方式打开文件。
使用>>和<<对文件进行操作
使用>>和<<运算符对文件进行读写操作，会变得很简单，也很形象。
对文件进行写入操作：
//对文件进行写入操作
void WriteFile(){
ofstream ofs("data.txt"); //定义文件流对象，并打开文件
ofs << "Hello World"; //字符串“流入”文件
ofs.close(); //关闭文件
}
对文件进行读取操作：
//对文件进行读取操作
void ReadFile(){
ifstream ifs("data.txt"); //定义文件流对象，并打开文件
char data[100];
ifs >> data; //文件数据“流入”字符串data
ifs.close(); //关闭文件
}
stringstream流
在C语言中，我们若是想要将一个整型变量的数据转化为字符串格式，有以下两种方法：
1、使用itoa函数进行转化。
int a = 10;
char arr[10];
itoa(a, arr, 10); //将整型的a转化为十进制字符数字存储在字符串arr当中
2、使用sprintf函数进行转化。
int a = 10;
char arr[10];
sprintf(arr, "%d", a); //将整型的a转化为字符串格式存储在字符串arr当中
虽然itoa函数和sprintf函数都能完成转化，但是在两个函数在转化时，都需要先给出保存结果的空间，而空间的大小是不太好界定的，除此之外，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。
在C++中，我们可以使用stringstream类对象来避开此问题。在程序当中如果想要使用stringstream，必须要包含头文件sstream。在该头文件下，有三个类：
| 类 | 对应操作场景 |
|---|---|
| ostringstream | 输出操作 |
| istringstream | 输入操作 |
| stringstream | 输入操作+输出操作 |
以下是stringstream的一些常用接口：
1、stringstream 的构造函数：
stringstream()：创建一个空的字符串流。
stringstream(std::string str)：使用给定的字符串 str 初始化字符串流。
2、插入数据到字符串流：
<< 操作符：插入数据到字符串流中。你可以使用它来插入各种数据类型，如整数、浮点数、字符串等。
std::stringstream ss;
int num = 42;
ss << "The answer is: " << num;
3、从字符串流中提取数据：
>> 操作符：从字符串流中提取数据。你可以使用它来提取数据到不同的数据类型。
int extractedNum;
ss >> extractedNum;
4、获取字符串流中的字符串：
str() 函数：获取字符串流中的全部内容作为一个字符串。
std::string content = ss.str();
5、清空字符串流：
clear() 函数：清空字符串流的状态和内容。
ss.clear();
6、指定基数（进制）：
std::hex、std::oct、std::dec：可以使用这些流控制器来指定插入或提取整数时的进制，如十六进制、八进制或十进制。
int num = 255;
ss << std::hex << num; // 将 num 以十六进制插入
7、获取当前位置：
tellg() 函数：获取当前的读取位置。
std::streampos pos = ss.tellg();
8、设置读取位置：
seekg(std::streampos pos)：将读取位置设置为指定的位置。
ss.seekg(0); // 设置读取位置为开头
stringstream流操作示例
1、将数值类型数据格式化为字符串。
#include <iostream>
#include <sstream>
#include <string>
using namespace std;
int main(){
int a = 10;
string sa;
stringstream s;
s << a; //将int类型的a放入输入流
s >> sa; //从s中抽取前面插入的int类型的值，赋值给string类型（方式一）
cout << sa << endl;
s.str(""); //将stringstream底层管理的string对象设置为""。
s.clear(); //将上次转换状态清空掉
//进行下一次转换
double b = 3.14;
s << b;
sa = s.str(); //获取stringstream中管理的string类型（方式二）
cout << sa << endl;
return 0;
}
2、字符串拼接。
#include <iostream>
#include <sstream>
#include <string>
using namespace std;
int main(){
string rets;
stringstream s;
s << "Hello" << "World"; //将多个字符串放入stringstream中
s >> rets; //方式一获取
cout << rets << endl;
s.str(""); //将stringstream底层管理的string对象设置为空字符串
s.clear(); //将上次转换状态清空掉
s << "Thanks" << " " << "for" << " " << "reading"; //将多个字符串放入stringstream中
rets = s.str(); //方式二获取
cout << rets << endl;
return 0;
}
注意事项：
- stringstream实际是在底层维护了一个string类型的对象用来保存结果。
- stringstream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，因此在下一次转换前必须调用clear将状态重置为goodbit才可以转换，但clear不会将stringstream底层的string对象清空。
- 可以使用s.str(“”)的方式将stringstream底层的string对象设置为空字符串，否则多次转换时，会将结果全部累积在底层string对象中。
- 获取stringstream转换后的结果有两个方法，一是使用>>运算符之间从流当中提取，二是使用s.str( )获取stringstream底层的string对象。
- 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，也不会存在格式化失败的风险，因此使用更方便，更安全。
