38 IO流

news2025/2/24 16:18:19

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  1. C语言的输入和输出
  2. 流是什么
  3. C++IO流
  4. stringstream的简单介绍

1. C语言的输入与输出

C语言中我们用到的最频繁的输出方式是scanf和printf，scanf：从标准输入设备（键盘）读取数据，并将值存在变量中。printf：将指定的文字/字符串输出到标准输出设备（屏幕），注意宽度输出和精度控制。C语言接住了相应的缓冲区进行输入和输出
在这里插入图片描述

对输入输出缓冲区的理解：
1.可以屏蔽掉低级I/O的实现，低级I/O实现依赖操作系统本身的内核实现，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
2.可以适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”

2. 流是什么

“流”即流动的意思，物质从一处向另一处流动的过程，是对一种有序连接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

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

3. c++io流

c++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。类似于c的printf，fprintf，sprintf
在这里插入图片描述

3.1 c++标准io流

c++标准库提供了4个全局对象cin、cout、cerr、clog，使用cout进行标准输出，即从数据内存流向控制台（显示器）。使用cin进行标准输入和数据通过键盘输入到程序中，同时从c++标准库还提供了cerr用来进行标准错误的输出，以及clog进行日志的输出，从上图可以看出，cout、cerr、clog是ostream类的三个不同对象，因此这三个对象现在基本没有什么区别，只是应用场景不同

在使用时候必须包含文件并引入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，当要提取时，从缓冲区中拿，如果一次输入过多，会留在那慢慢用，如果输入错了，必须在回车前修改，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（置1），程序继续
3.空格和回车都可以作为数据之间的分隔符，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
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

在这里插入图片描述

5.对于自定义类型，如果要支持cin和cout的标准输入和输出，需要重载<<和>>
6.对于oj中的输入和输出：
一般需要循环输入，连续输入时，有两种结束方法，一种是crtl+c杀死进程，一种是crtl+z回车结束

int a;
//单个元素
while (cin >> a)
{

}
int b, c, d;
//多个元素循环输入
while (cin >> c >> a >> b >> d)
{
	cout << c << a << b << d << endl;
}
//整行接收
string str;
while (cin >> str)
{
	cout << str << endl;
}

7.istream类对象转换为逻辑条件判断值

istream& operator>> (int& val);
explict operator bool() const;

https://cplusplus.com/reference/ios/ios/operator_bool/

实际上我们看到使用while(cin>>i)去流中提取对象数据时，调用的是operator>>，返回值是istream类型的对象，那么这里可以做逻辑条件之，源自于istream又调用了operator bool，operator bool调用时如果接收流失败，或者又节数标志，则返回false

//自动识别类型的本质--函数重载
//内置类型可以直接使用--因为库里面ostream类型已经实现了
int i = 1;
double j = 2.2;
cout << i << endl;
cout << j << endl;

//自定义类型需要自己重载<<和>>
Date d(2002, 4, 10);
cout << d;

while (d)
{
	cin >> d;
	cout << d;
}

3.2 c++文件io流

c++根据文件内容的数据格式分为二进制文件和文本文件。采用文件对象操作文件的一般步骤：

1.定义一个文件流对象

  • ifstream ifile（只输入用）
  • ofstream ofile（只输出用）
  • fstream iofile（既输入又输出用）

2.使用文件流对象的成员函数打开一个磁盘文件，使得文件对象和磁盘文件之间建立联系
3.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
4.关闭文件

写的方式:
覆盖，追加
在这里插入图片描述

二进制

//写的内容
struct ServerInfo
{
	char _address[32];
	int _port;

	Date _date;
};

struct ConfigManager
{
public:
	ConfigManager(const char* filename = "test.bin")
		:_filename(filename)
	{}

	//二进制读写
	void WriteBin(const ServerInfo& info)
	{
		ofstream ofs(_filename, ios_base::out | ios_base::binary);
		ofs.write((const char*)&info, sizeof(info));
	}
	void ReadBin(ServerInfo& info)
	{
		ifstream ifs(_filename, ios_base::in | ios_base::binary);
		ifs.read((char*)&info, sizeof(info));
	}

private:
	string _filename;
};

ServerInfo winfo = { "192.0.0.1", 80, { 2022, 4, 10 } };
// 二进制读写
ConfigManager cf_bin("test.bin");
cf_bin.WriteBin(winfo);

ServerInfo rbinfo;
cf_bin.ReadBin(rbinfo);
cout << rbinfo._address << "  " << rbinfo._port << "  "
	<< rbinfo._date << endl;

当把写的内容换为string，就会崩掉
在这里插入图片描述

这是因为string其实存的是字符串的地址，写入时也只写了地址。当进程结束后，这段地址保存的字符串已经没有了，野指针，再次读取就会错误。同一个进程写会导致浅拷贝。二进制的方式写容器数据时要小心
在这里插入图片描述

文本
文本需要写入字符的格式，需要将数据转换为字符串写入

c++的文件流提供了流提取和流插入，内置类型自动转换，自定义类型走定义的流重载。流重载函数的对象会替换为读写流对象
读的时候不需要处理换行，默认空格或换行作为分隔

//文本读写
void WriteText(const ServerInfo& info)
{
	ofstream ofs(_filename);
	ofs << info._address << endl;
	ofs << info._port << endl;
	ofs << info._date << endl;
}
void ReadText(ServerInfo& info)
{
	ifstream ifs(_filename);
	ifs >> info._address;
	ifs >> info._port;
	ifs >> info._date;
}

ServerInfo winfo = { "https://legacy.cplusplus.com/reference/fstream/ifstream/ifstream/", 12.13, { 2022, 4, 10 } };
// 二进制读写
ConfigManager cf_bin("test.text");
cf_bin.WriteText(winfo);

ServerInfo rbinfo;
cf_bin.ReadText(rbinfo);
cout << rbinfo._address << endl;
cout << rbinfo._port << endl;
cout << rbinfo._date << endl;

4. stringstream的简单介绍

c语言中，想要将一个整形变量的数据转化为字符串格式，怎么做
1.使用itoa()函数
2.使用sprintf函数

但是两个函数在转化时，需要先给出保存结果的空间，空间给多大，不好界定，而且转化格式不匹配时，可能会得到错误的结果甚至程序崩溃

char sql1[128];
char name[10];
scanf("%s", name);

sprintf(sql1, "select * from t_scroe where name = '%s'", name);
printf("%s\n", sql1);
//c++
string sql2;
sql2 += "select * from t_scroe where name = '";
sql2 += name;
sql2 += "'";
cout << sql2 << endl;

如果是sql2+=的对象是自定义结构体，不支持这个操作。想把结构体转为字符串可以对每个成员单独转，有些麻烦
c++可以使用stringstream避开此问题。必须要包含头文件。在该头文件下，标准库三个类：istringstream、ostringstream和stringstream，分别用来流的输入、输、输入输出操作

stringstream主要用来：
1.将数值类型数据格式化为字符串

int a = 12345678;
string sa;

//将整形转为字符串
stringstream s;
s << a;
s >> sa;
cout << sa << endl;

//多次转换，必须使用clear将上次状态情况
//stringstream转换结尾时会把内部状态设置为badbit
//clear不会将底层字符串清空掉
s.clear();
//s.str(" ") 将string对象设置为空，否则会将结果累积
double d = 3.14;
s << d;
s >> sa;
cout << sa << endl;

string svalue;
svalue = s.str();
cout << svalue << endl;  //返回管理的字符串
//清空
s.str("");
svalue = s.str();
cout << svalue << endl;

2.字符串拼接

stringstream sstream;
//多个字符串放入
sstream << "first" << " " << "string";
sstream << "second string";
cout << sstream.str() << endl;
//清空
sstream.str("");
sstream << "third string";
cout << sstream.str() << endl;

自定义结构体会调用它的流函数

ostream& operator<< (ostream& out, const Date& d)
{
	out << d._year << " " << d._month << " " << d._day;
	return out;
}
Date d(2022, 3, 4);
stringstream s;
s << d;
cout << s.str() << endl;

3.序列化和反序列化结构体数据
json和xml主要用于序列化这些，简单的也可以用stringstream

struct ChatInfo
{
	string _name; // 名字
	int _id;
	// id
	Date _date;
	// 时间
	string _msg;  // 聊天信息
};
 // 结构信息序列化为字符串
ChatInfo winfo = { "张三", 135246, { 2022, 4, 10 }, "晚上一起看电影吧"
};
ostringstream oss;
oss << winfo._name << " " << winfo._id << " " << winfo._date << " "
<< winfo._msg;
//序列化发送
string str = oss.str();
cout << str << endl << endl;
// 我们通过网络这个字符串发送给对象，实际开发中，信息相对更复杂，
// 一般会选用Json、xml等方式进行更好的支持
// 字符串解析成结构信息
ChatInfo rInfo;
istringstream iss(str);
//日期类默认空格或换行分隔，如果不是>>流提取时就要调getline指定分隔符
iss >> rInfo._name >> rInfo._id >> rInfo._date >> rInfo._msg;
cout << "-------------------------------------------------------"
<< endl;
cout << "姓名：" << rInfo._name << "(" << rInfo._id << ") ";
cout << rInfo._date << endl;
cout << rInfo._name << ":>" << rInfo._msg << endl;
cout << "-------------------------------------------------------"
<< endl;

如果自定义类流插入时默认不是空格或换行分隔，流提取就要调getline指定分隔符，不然会识别不正确
在这里插入图片描述
注意：
1.stringstream实际是在底层维护了一个string类型的对象用来保存结果
2.多次数据类型转化时，一定要用clear()清空，才能正确转化，但clear不会将stringstream底层的string对象清空
3.可以适用s.str（“”）方法将底层string对象设置为空字符串
4.可以适用s.str返回底层的string对象
5.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，而且会对参数类型推演，不需要格式化控制，也不会出现格式化失败的风险，因此使用更方便，更安全

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