在 C++ 编程世界中，iostream 库扮演着举足轻重的角色，它是 C++ 标准库的核心组成部分，为程序提供了强大的输入输出功能。无论是简单的控制台交互，还是复杂的文件操作，iostream 库都能提供便捷高效的解决方案。本文将深入剖析 iostream 库中的所有函数，通过丰富的代码示例和直观的图片，助你全面掌握这个库的精髓。

---

iostream 库基础

库的概念与作用

iostream 库是 C++ 标准库中负责输入输出操作的部分。它基于流（stream）的概念，将数据的输入和输出看作是字节流的传输。在 C++ 中，流可以是从输入设备（如键盘）到程序的输入流，也可以是从程序到输出设备（如显示器）的输出流，还可以是程序与文件之间的数据传输流。iostream 库通过一系列的类和函数，让开发者能够方便地处理这些流操作，实现数据的读取和写入。

头文件与包含方式

在使用 iostream 库的功能之前，需要包含相应的头文件。在 C++ 中，iostream 库的主要头文件是<iostream>，使用时只需在源文件开头添加#include <iostream>即可。这行代码告诉编译器，程序将使用<iostream>头文件中定义的类和函数。

基本输入输出函数

cout 与 << 运算符

cout是 iostream 库中用于输出的对象，它代表标准输出流，通常对应着显示器。<<运算符是输出运算符，用于将数据输出到cout流中。例如：

#include <iostream>
int main() {
    int num = 10;
    std::cout << "The number is: " << num << std::endl;
    return 0;
}

---

在上述代码中，std::cout首先输出字符串 "The number is:"，然后通过<<运算符将变量num的值输出，最后输出std::endl，std::endl表示换行并刷新输出缓冲区。

cin 与 >> 运算符

cin是 iostream 库中用于输入的对象，代表标准输入流，通常对应着键盘。>>运算符是输入运算符，用于从cin流中读取数据到变量中。例如：

#include <iostream>
int main() {
    int num;
    std::cout << "Please enter a number: ";
    std::cin >> num;
    std::cout << "You entered: " << num << std::endl;
    return 0;
}

这段代码中，程序首先通过cout提示用户输入一个数字，然后使用cin和>>运算符将用户输入的数据读取到变量num中，最后输出用户输入的数字。

getline 函数

getline函数用于从输入流中读取一行字符串。它的原型通常是getline(istream& is, string& str)，其中is是输入流对象（如cin），str是用于存储读取到的字符串的变量。例如：

#include <iostream>
#include <string>
int main() {
    std::string line;
    std::cout << "Please enter a line of text: ";
    std::getline(std::cin, line);
    std::cout << "You entered: " << line << std::endl;
    return 0;
}

在这个例子中，getline函数从cin中读取一行字符串，包括空格和换行符，存储到line变量中。

格式化输入输出函数

控制符的使用

C++ iostream 库提供了一系列控制符来格式化输入输出。例如，std::setw用于设置输出宽度，std::setprecision用于设置浮点数的精度，std::hex、std::dec、std::oct分别用于设置十六进制、十进制、八进制输出。

#include <iostream>
#include <iomanip>
int main() {
    int num = 255;
    double pi = 3.1415926;
    std::cout << "Hexadecimal: " << std::hex << num << std::endl;
    std::cout << "Width set to 10: " << std::setw(10) << num << std::endl;
    std::cout << "Precision set to 4: " << std::setprecision(4) << pi << std::endl;
    return 0;
}

在这段代码中，std::hex将num以十六进制输出，std::setw(10)设置输出宽度为 10，std::setprecision(4)设置pi的输出精度为 4。

自定义格式化

除了使用预定义的控制符，还可以自定义格式化函数。通过重载std::ostream和std::istream的运算符，可以实现对自定义类型的格式化输入输出。例如，对于一个自定义的Point类：

#include <iostream>
class Point {
public:
    int x, y;
    Point(int a, int b) : x(a), y(b) {}
};
std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Point& p) {
    os << "(" << p.x << ", " << p.y << ")";
    return os;
}
int main() {
    Point p(3, 4);
    std::cout << "The point is: " << p << std::endl;
    return 0;
}

在这个例子中，重载了operator<<运算符，使得Point对象可以按照自定义的格式输出。