IO流
- 一、C语言的输入与输出
- 1、介绍
- 2、输入输出缓冲区
- （1）介绍
- （2）示意图
- 二、流
- 1、介绍
- 2、主要特点
- 三、C++IO流
- 1、介绍
- 2、示意图
- 四、iostream
- 1、介绍
- 2、基本概念
- 3、注意
- 五、类型转换
- 1、operator bool
- （1）介绍
- （2）示例
- （3）示例代码1
- 2、构造函数
- 3、C++类型转换
- 六、文件IO流（fstream）
- 1、介绍
- 2、示例
- 3、参数mode
- 4、二进制方式读写
- （1）示例代码
- （2）运行结果
- （3）注意
- 5、文本方式读写
- （1）示例代码
- （2）运行结果
- 七、stringstream
- 1、介绍
- 2、主要特点
- 3、示例代码
- 4、运行结果
- 5、注意
一、C语言的输入与输出
1、介绍
- C语言中的输入与输出（I/O）流主要通过标准库中的几个函数来实现，这些函数允许程序从外部设备（如键盘、文件等）读取数据，并将数据输出到外部设备（如显示器、文件等）。
- C语言的这些输入与输出操作都借助了相应的缓冲区。
2、输入输出缓冲区
（1）介绍
- C语言的输入输出缓冲区是处理输入输出操作的一个重要概念。它位于用户程序与操作系统之间，用于暂存输入输出数据，以减少直接对物理设备的读写次数，从而提高程序的运行效率。
（2）示意图
二、流
1、介绍
- 在编程中，流（Streams）是一个抽象的概念，用于表示数据的有序集合，这些数据可以是输入到程序中的，也可以是程序生成的输出。
- 流提供了一种连续访问数据的机制，而不需要一次性将整个数据集加载到内存中。这种方式特别适用于处理大量数据或需要实时处理数据的情况。
2、主要特点
- 顺序性：流中的数据项是按顺序排列的，通常只能按顺序访问。
- 单向性：流是单向的，即数据只能从一个方向流动。
- 抽象性：流是对数据源的抽象，它隐藏了数据的实际来源或目的地。程序通过流接口与数据源进行交互，而不需要关心数据的具体存储方式或位置。
- 灵活性：流支持多种数据类型和编码方式，可以轻松地处理文本、二进制数据、图像等多种类型的数据。
- 缓冲：为了提高性能，流通常使用缓冲区来暂存数据。数据可以分批从数据源读取到缓冲区中，然后再从缓冲区中读取到程序中，或者相反，数据可以先写入缓冲区，然后再批量写入到目标中。
三、C++IO流
1、介绍
- 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。
2、示意图
四、iostream
1、介绍
- 在C++中，iostream是一个非常重要的库，它提供了用于输入输出的功能。
- iostream库中的类，特别是istream、ostream和iostream（以及它们的派生类，如cin、cout、ifstream、ofstream和fstream），是C++标准库的一部分，用于处理字符数据的输入和输出。
2、基本概念
- cin：一个istream类的对象，用于从标准输入（通常是键盘）读取数据。
- cout：一个ostream类的对象，用于向标准输出（通常是屏幕）写入数据。
- cerr和clog：两个都是ostream类的对象，分别用于错误消息和日志消息的输出。它们与cout的主要区别在于，cerr是不经过缓冲的（即立即输出），而clog是缓冲的，并且默认与cout共享同一个缓冲区，但可以通过 clog.sync_with_stdio(false); 来取消这种共享。
3、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，则会留在那儿慢慢用。而如果输入错了，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），程序依然继续执行。
- 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。除非使用getline函数。
- cin和cout可以直接输入和输出内置类型数据，因为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。
五、类型转换
1、operator bool
（1）介绍
- 在C++中，operator bool() 是一个类型转换操作符（也称为转换函数或转换操作符），它允许你的类对象在需要布尔值时被隐式或显式地转换成布尔类型（bool）。
- 这种转换常用于控制流语句（如if语句、while循环等）中，以及任何期望布尔表达式的上下文中。
- 当定义operator bool()时，通常会让它在对象处于某种有效或非空状态时返回true，在其他情况下返回false。
- 这个操作符应该被声明为const，因为它不应该修改对象的状态。
（2）示例
（3）示例代码1
class TestOpBl
{
public:
operator bool()
{
return _isValid;
}
private:
bool _isValid = true;
};
int main()
{
TestOpBl ob;
if (ob)
cout << "test true" << endl;
return 0;
}
2、构造函数
class A
{
public:
A(int x)
{}
};
class B
{
public:
B(const A& a)
{}
};
class C
{
public:
operator int()
{
return 0;
}
};
int main()
{
A a = 1;
B b = a;
C c;
int x = c;
return 0;
}
3、C++类型转换
- 参见类型转换与RTTI。
六、文件IO流（fstream）
1、介绍
- C++中的文件IO（输入输出）流是通过C++标准库中的< fstream >头文件提供的。这个头文件包含了用于文件操作的类，如ifstream（用于从文件读取）、ofstream（用于向文件写入）和fstream（既可以读取也可以写入文件）。
- 这些类都是基于C++的IO流库构建的，它们继承自istream和ostream类，因此可以使用与标准输入输出（cin和cout）相同的操作符和方法。
2、示例
3、参数mode
- mode是描述文件请求的I/O模式的标志。它是位掩码成员类型openmode的对象，由以下成员常量的组合组成。
- in：即input，文件打开读取，内部流缓冲区支持输入操作。
- out：即output，文件打开写入，内部流缓冲区支持输出操作。
- binary：操作以二进制模式而不是文本模式执行。
- ate：即at end，输出位置从文件末尾开始。
- app：即append，所有输出操作都发生在文件末尾，附加到其现有内容中。
- trunc：即truncate，文件打开前存在的任何内容都将被丢弃。
- 这些标志可以与位或运算符（|）组合使用，即使用多种。
4、二进制方式读写
（1）示例代码
struct ServerInfo
{
char _name[64];
char _address[128];
int _id;
Date _d;
};
class BinaryIo
{
public:
BinaryIo(const char* name = "binaryio.bin")
:_name(name)
{}
void WriteInfo(const ServerInfo& info)
{
ofstream ofs(_name, ios_base::out | ios_base::binary);
ofs.write((char*)&info, sizeof(info));
}
void ReadInfo(ServerInfo& info)
{
ifstream ifs(_name, ios_base::in | ios_base::binary);
ifs.read((char*)&info, sizeof(info));
}
private:
string _name;
};
void TestBinaryIoWrite()
{
BinaryIo bio;
ServerInfo sif = { (char*)"snowdragon", "https://legacy.cplusplus.com/reference/fstream/ifstream/ifstream/", 123456, {2024,8,14}};
bio.WriteInfo(sif);
}
void TestBinaryIoRead()
{
BinaryIo bio;
ServerInfo sif;
bio.ReadInfo(sif);
cout << sif._name << endl;
cout << sif._address << endl;
cout << sif._id << endl;
cout << sif._d << endl;
}
void TestBinaryIo()
{
//TestBinaryIoWrite();
TestBinaryIoRead();
}
（2）运行结果
（3）注意
- ServerInfo类中的成员不能用指针，否则输出到文件中时，内容只是指针指向的地址。如果写入和获取使用数据的程序不在同一作用域中，则指针类型的成员指向的对象会进行析构，而要取出对应数据时，就是越界访问。
- 容器也不行，例如string容器，其中是由指针指向地址的方式维护的，输出时也是指针指向的地址而不是内容。
5、文本方式读写
（1）示例代码
class TextIo
{
public:
TextIo(const char* name = "textio.txt")
:_name(name)
{}
void WriteInfo(const ServerInfo& info)
{
ofstream ofs(_name, ios_base::out);
ofs << info._name << endl;
ofs << info._address << endl;
ofs << info._id << endl;
ofs << info._d << endl;
}
void ReadInfo(ServerInfo& info)
{
ifstream ifs(_name, ios_base::in);
ifs >> info._name;
ifs >> info._address;
ifs >> info._id;
ifs >> info._d;
}
private:
string _name;
};
void TestTextIoWrite()
{
TextIo tio;
ServerInfo sif = { (char*)"snowdragon", "https://legacy.cplusplus.com/reference/fstream/ifstream/ifstream/", 123456, {2024,8,14} };
tio.WriteInfo(sif);
}
void TestTextIoRead()
{
TextIo tio;
ServerInfo sif;
tio.ReadInfo(sif);
cout << sif._name << endl;
cout << sif._address << endl;
cout << sif._id << endl;
cout << sif._d << endl;
}
void TestTextIo()
{
//TestTextIoWrite();
TestTextIoRead();
}
（2）运行结果
七、stringstream
1、介绍
- stringstream是一种内存中的输入输出流（I/O stream），它允许使用者像操作文件流（如ifstream和ofstream）那样，在内存中读写字符串。这使得stringstream成为处理字符串数据时的强大工具，尤其是在需要格式化字符串、解析字符串或进行复杂的数据转换时。
2、主要特点
- 内存中的字符串流：stringstream在内存中操作，不直接与文件或其他外部设备交互。
- 输入/输出功能：它既可以作为输入流（使用>>操作符）读取数据，也可以作为输出流（使用<<操作符）写入数据。
- 灵活的数据处理：可以轻松地在各种数据类型之间转换，包括基本数据类型（如int、float和double等）和字符串。
3、示例代码
struct ChatInfo
{
string _name;
string _id;
Date _d;
string _msg;
};
void test_stringstream()
{
stringstream oss;
ChatInfo wci = { "snowdragon", "123456", {2024,8,15}, "writed by snowdragon" };
oss << wci._name << endl;
oss << wci._id << endl;
oss << wci._d << endl;
oss << wci._msg << endl;
//可进行传输操作
ChatInfo rci;
stringstream iss(oss.str());
iss >> rci._name;
iss >> rci._id;
iss >> rci._d;
iss.ignore();
getline(iss, rci._msg);
cout << "-------------------------------------------------------" << endl;
cout << "姓名：" << rci._name << "(" << rci._id << ") ";
cout << rci._d << endl;
cout << rci._name << ":>" << rci._msg << endl;
cout << "-------------------------------------------------------" << endl;
}
int main()
{
test_stringstream();
return 0;
}
4、运行结果
5、注意
- 上方代码中的ignore函数需要加上，否则该处下方的getline函数只是获取换行符 \n。上一个 >> 操作只是识别到换行符就结束，而不会跳过换行符。最终getline获取到 \n，并把 \n转化为了\0给rci._msg。
- stringstream实际是在其底层维护了一个string类型的对象用来保存结果。
- 多次数据类型转化时，一定要用clear()来清空，才能正确转化，但clear()不会将stringstream底层的string对象清空。
- 可以使用s. str(“”)方法将底层string对象设置为空字符串。使用s.str()让stringstream返回其底层的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，也不会出现格式化失败的风险，因此使用更方便，也更安全。
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