C++开发基础——IO操作与文件流

一，基础概念

C++的IO操作是基于字节流，并且IO操作与设备无关，同一种IO操作可以在不同类型的设备上使用。

C++的流是指流入/流出程序的字节序列，在输入操作中数据从外部设备(键盘，文件，网络等)流入程序，在输出操作中数据从程序流向外部设备(控制台，文件，网络等)。

流充当了程序与外部设备之间的管道，使程序中的具体操作独立于各种外部设备。

常用的流：基础输入输出流，文件流，字符串流。

流的实例不仅包含普通的数据，还包含表示当前位置的数据。

在C++编程中，流的使用步骤如下：

1.实例化一个流对象。

2.将流对象关联到实际的外部设备(键盘，控制台，文件，网络等)。

3.调用流对象中提供的成员函数，完成数据的转换、传输等操作。

4.断开流对象与外部设备的关联，比如关闭文件。

5.释放流对象占用的内存资源。

流具有缓冲区，大部分时候，往流中写入数据后，流并不会马上把数据输出到指定目的地，为了提高性能，流先用缓冲区将数据存储起来，缓冲区达到一定大小后再输出到指定目的地。

刷新缓冲区的条件：

遇到触发的函数，如endl。

流对象离开作用域，被析构时。

流的缓冲区被写满。

显式调用flush()函数。

流对应的头文件有<ostream>, <fstream>等。

流支持的数据类型：数值类型，指针，char类型，std::string类，C风格字符串等。

std标准库包含预定义的流的实例，有cout,cin,cerr,clog等。

二，输出流

1.输出流的定义

对应运算符：operator<<

含义：流中的数据输出到外部设备，"设备 << 程序"。

<<运算符返回的是对一个流的引用，因此，可以连续调用多次<<运算符，来连续输出多段数据。

C++流遇到C风格的转义字符，比如“\n”，可以自动做解析。

“\n”和end都可以实现换行，但是“\n”只是换行，而end还会刷新缓存。

2.输出流的原始方法

(1).输出

put()：写入单个字符。

write()：写入字符数组。

代码样例，输出到控制台打印：

const char* test = "hello there";
cout.write(test, strlen(test));
cout.put('a');

(2).刷新缓冲区

flush()

代码样例，显式刷新流：

cout << "abc";
cout.flush();
cout << "de";
cout << "fgh";
cout << endl;

(3).判断流是否可用

good()：可用时，返回true。

代码样例：

if (cout.good()){
    cout << "All good" << endl;
}

bad()：发生致命错误时，返回true。

fail()：最近一次操作失败时，返回true。

代码样例：

cout.flush();
if (cout.fail()){
    cerr << "Unable to flush to standard out" << endl;
}

3.输出流的操作算子

以下算子可以用来格式化输出流：

endl：输出一个行结束序列，并刷新缓存。

hex、oct、dec：以十六进制、八进制、十进制输出数字。

setw：设置输出数值型数据的字段宽度。

setfill：设置用于填充的字符。

setprecision：设置输出小数时的小数位数。

代码样例：

#include <chrono>
#include <iostream>
#include <iomanip>

using namespace std;

int main()
{
    int i = 123;
    cout << "The result is:" << setw(6) << i << endl;
    cout << "The result is:" << setfill('*') << setw(6) << i << endl;

    float j = 0.123456;
    cout << "The result is:" << setprecision(3) << j << endl;
}

运算结果：

The result is:   123
The result is:***123
The result is:0.123

三，输入流

1.输入流的定义

对应运算符：operator>>

含义：流中的数据从设备读入到程序中，"设备 >> 程序"。

2.输入流的原始方法

输入流也可以像输出流一样调用good()、bad()、fail()等方法，还可以调用eof()判断流的指针是否到达尾部。

(1).输入

get()：读取单个字符。

read()：读取字符数组。

(2).回退

unget()：在读取的时候回退一个位置，将读取的前一个字符放回到流中。如果当前位置是流的起始位置，调用unget()会失败。

putback()：和unget()一样支持回退，但是putback()可以指定放回的字符。

(3).预览

peek()：预览调用get()后返回的下一个值。

(4).读取整行

getline()：从输入流中获得一行数据，用法区别于C++中的std::getline()函数。

3.输入流的操作算子

以下算子可以用来格式化输入流：

hex、oct、dec：以十六进制、八进制、十进制读入数字。

skipws：输入时跳过空白字符，默认情况下为skipws。

noskipws：输入时读取空白字符作为标记。

代码样例：

#include <iostream>
#include <sstream>

int main()
{
    char c1, c2, c3;
    std::istringstream("a b c") >> std::skipws >> c1 >> c2 >> c3;
    std::cout << "skipws behavior:"
        " c1 = " << c1 <<
        " c2 = " << c2 <<
        " c3 = " << c3 << '\n';
    std::istringstream("a b c") >> std::noskipws >> c1 >> c2 >> c3;
    std::cout << "noskipws behavior:"
        " c1 = " << c1 <<
        " c2 = " << c2 <<
        " c3 = " << c3 << '\n';

    return 0;
}

运行结果：

skipws behavior: c1 = a c2 = b c3 = c
noskipws behavior: c1 = a c2 =   c3 = b

、

四，字符串流

对应头文件：<sstream>

常用字符串流：

std::ostringstream：将数据写入字符串

std::istringstream：从字符串读取数据

std::stringstream：双向操作字符串

1.字符串流支持的模式

ios::in：进行输入操作。
ios::out：进行输出操作。
ios::app：在字符串流后面追加。
ios::trunc：截断字符串。
ios::binary：用于二进制（原始字节）IO 操作，而不是基于字符的操作。
ios::ate：将指针移动到流的末尾。

2.字符串流的常用方法

字符输入流的操作：

operator>>：格式化输入。

get：读取单个字符。

read：读取字符数组。

getline：读取整行字符。

readsome：读取若干数量的字符。

peek：预览下一个字符。

unget：读取期间，回退一个字符。

tellg：返回流中的当前操作位置。

seekg：移动到流中的指定位置。

sync：与存储设备同步。

字符输出流的操作：

operator<<：格式化输出。

put：写入单个字符。

write：写入字符数组。

tellp：返回流中的当前操作位置。

seekp：移动到流中的指定位置。

flush：刷新数据到存储设备。

和状态相关的操作：

good()、bad()、fail()、eof()：前面已经讲过。

setstate：设置状态。

clear：清除状态。

3.代码样例

#include <iostream>
#include <sstream>
#include <string>
#include <map>
using namespace std;

int main()
{
    string mystr = "how to study cpp very very good";
    map<string, int> myMap;

    stringstream ss(mystr);
    string Word;
    while (ss >> Word)
    {
        myMap[Word]++;
    }

    map<string, int>::iterator it;
    for (it = myMap.begin(); it != myMap.end(); it++)
    {
        cout << it->first << " -> "
             << it->second << "\n";
    }
    return 0;
}

运行结果：

cpp -> 1
good -> 1
how -> 1
study -> 1
to -> 1
very -> 2

五，文件流

头文件：<fstream>

常用文件流：

std::ofstream：将数据写入文件

std::ifstream：从文件读取数据

std::fstream：双向操作文件

std::ofstream, std::ifstream文件流的析构函数会自动关闭底层文件，所以操作完文件流以后不需要显式调用close()函数。

1.文件流支持的模式

ios::in：进行输入操作。
ios::out：进行输出操作。
ios::app：在文件流后面追加。
ios::trunc：截断文件内容。
ios::binary：用于二进制（原始字节）IO 操作，而不是基于字符的操作。
ios::ate：将指针移动到流的末尾。

文件流默认以文本模式打开文件流，如果指定了ios_base::binary，文件流将以二进制模式被打开。

2.文件流的常用方法

文件输入流的操作：

operator>>：格式化输入。

get：读取单个字符。

read：读取字符数组。

getline：读取整行字符。

readsome：读取若干数量的字符。

peek：预览下一个字符。

unget：读取期间，回退一个字符。

tellg：返回流中的当前操作位置。

seekg：移动到流中的指定位置。

sync：与存储设备同步。

文件输出流的操作：

operator<<：格式化输出。

put：写入单个字符。

write：写入字符数组。

tellp：返回流中的当前操作位置。

seekp：移动到流中的指定位置。

flush：刷新数据到存储设备。

和状态相关的操作：

good()、bad()、fail()、eof()：前面已经讲过。

setstate：设置状态。

clear：清除状态。

3.代码样例

#include <iostream>
#include <fstream>
using namespace std;
int main()
{
    fstream obj;
    obj.open("test.txt", ios::out);
    obj << "Hello World";
    int pos1, pos2;

    pos1 = obj.tellp();
    cout << pos1 << endl;
    obj.seekp(0, ios::end);

    obj << "C++";
    pos2 = obj.tellp();
    cout << pos2 << endl;

    obj.close();
}

运行结果：