C++之IO流

IO流

C语言的输入与输出
流是什么
C++IO流
- C++标准IO流
- C++文件IO流
stringstream的介绍

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：
在这里插入图片描述
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，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具有方向性的数据（其单位可以是bit,byte,packet ）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”。

它的特性是：有序连续、具有方向性。

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。
在这里插入图片描述

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文件并引入std标准命名空间。

注意：

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；
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；
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。
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:
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。

比如下面的日期类：

class Date
{
	friend ostream& operator << (ostream& out, const Date& d);
	friend istream& operator >> (istream& in, Date& d);
public:
	Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
		:_year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
	{}
	operator bool()
	{
		// 这里是随意写的，假设输入_year为0，则结束
		if (_year == 0)
			return false;
		else
			return true;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

istream& operator >> (istream& in, Date& d)
{
	in >> d._year >> d._month >> d._day;
	return in;
}

ostream& operator << (ostream& out, const Date& d)
{
	out << d._year << " " << d._month << " " << d._day;
	return out;
}

在线OJ中的输入和输出：

对于IO类型的算法，一般都需要循环输入；
输出：严格按照题目的要求进行，多一个少一个空格都不行；
连续输入时，vs系列编译器下在输入ctrl+Z时结束。

// 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)
{
// ...
}

C++文件IO流

C++根据文件内容的数据格式将文件分为二进制文件和文本文件，采用文件流对象操作文件的一般步骤如下：

定义一个文件流对象：

操作文件的类有以下三个：

类	对应操作场景
ofstream	只写
ifstream	只读
fstream	读+写

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。
文件常见的打开方式如下：

打开方式	功能
in	以读的方式打开文件
out	以写的方式打开文件
binary	以二进制方式对文件进行操作
ate	输出位置从文件的末尾开始
app	以追加的方式对文件进行写入
trunc	先将文件内容清空再打开文件

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。

对文件进行提取和插入操作的常用成员函数：

成员函数	功能
put	插入一个字符到文件
write	插入一段字符到文件
get	从文件提取字符
read	从文件提取多个字符
tellg	获取当前字符在文件当中的位置
seekg	设置对文件进行操作的位置
`<<` 运算符重载	将数据形象地以“流”的形式进行输出
`>>` 运算符重载	将数据形象地以“流”的形式进行输入

关闭文件。

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

class Date
{
	friend ostream& operator << (ostream& out, const Date& d);
	friend istream& operator >> (istream& in, Date& d);
public:
	Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
		:_year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
	{}

	operator bool() const
	{
		if (_year == 0)
			return false;
		else
			return true;
	}

private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

istream& operator >> (istream& in, Date& d)
{
	in >> d._year >> d._month >> d._day;
	return in;
}

ostream& operator << (ostream& out, const Date& d)
{
	out << d._year << " " << d._month << " " << d._day;

	return out;
}

struct ServerInfo
{
	char _address[32];
	int _port;
	Date _date;
};

struct ConfigManager
{
public:
	ConfigManager(const char* filename)
		:_filename(filename)
	{}

	// 二进制读写，读写对象中，不能有string
	void WriteBin(const ServerInfo& info)
	{
		ofstream ofs(_filename, ofstream::out | ofstream::binary);
		ofs.write((char*)&info, sizeof(info));
	}

	void ReadBin(ServerInfo& info)
	{
		ifstream ifs(_filename, ofstream::in | ofstream::binary);
		ifs.read((char*)&info, sizeof(info));
	}

	// 文本读写 C++文本读写更简单
	// 文本读写本质，内存中任何类型都是转成字符串在写
	// c语言文本读写很不方便，因为要不断转字符串
	// c++封装了以后就有很大的优势
	void WriteText(const ServerInfo& info)
	{
		ofstream ofs(_filename);
		ofs << info._address << " ";
		ofs << info._port << endl;
		ofs << info._date << endl;
	}

	void ReadText(ServerInfo& info)
	{
		ifstream ifs(_filename);
		ifs >> info._address;
		ifs >> info._port;
		ifs >> info._date;
	}

private:
	string _filename; // 配置文件
};

int main()
{
	ServerInfo winfo = { "192.0.0.1", 80, { 2023, 7, 11 } };

	string str;
	cin >> str;
	if (str == "二进制写")
	{
		ConfigManager cm("test.txt");
		cm.WriteBin(winfo);
	}
	else if (str == "二进制读")
	{
		ServerInfo rinfo;
		ConfigManager cm("test.txt");
		cm.ReadBin(rinfo);
		cout << rinfo._address << endl;
		cout << rinfo._port << endl;
		cout << rinfo._date << endl;
	}
	else if (str == "文本写")
	{
		ConfigManager cm("test.txt");
		cm.WriteText(winfo);
	}
	else if (str == "文本读")
	{
		ServerInfo rinfo;
		ConfigManager cm("test.txt");
		cm.ReadText(rinfo);

		cout << rinfo._address << endl;
		cout << rinfo._port << endl;
		cout << rinfo._date << endl;
	}
	
	return 0;
}

stringstream的介绍

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);

2、使用sprintf函数进行转化。

int a = 10;
char arr[10];
sprintf(arr, "%d", a);

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

#include <sstream>

int main()
{
	stringstream oss;
	oss << 100 << " ";
	oss << 11.22 << " ";
	oss << "hello";

	string str = oss.str();
	cout << str << endl;

	stringstream iss(str);
	int i;
	double d;
	string s;
	iss >> i >> d >> s;
	cout << i << endl;
	cout << d << endl;
	cout << s << endl;

	return 0;
}

序列化与反序列化

struct ChatInfo
{
	string _name; // 名字
	int _id;      // id
	Date _date;   // 时间
	string _msg;  // 聊天信息
};

int main()
{
	ChatInfo winfo = { "张三", 135246, { 2022, 4, 10 }, "晚上一起看电影吧" };
	stringstream oss;
	oss << winfo._name << " ";
	oss << winfo._id << " ";
	oss << winfo._date << " ";
	oss << winfo._msg;
	string str = oss.str();
	cout << str << endl;

	stringstream iss(str);
	ChatInfo rinfo;
	iss >> rinfo._name;
	iss >> rinfo._id;
	iss >> rinfo._date;
	iss >> rinfo._msg;

	cout << "-------------------------------------------------------" << endl;
	cout << "姓名：" << rinfo._name << "(" << rinfo._id << ") ";
	cout << rinfo._date << endl;
	cout << rinfo._name << ":>" << rinfo._msg << endl;
	cout << "-------------------------------------------------------" << endl;

	return 0;
}