目录
1、C语言的输入输出
2、流是什么
3、C++IO流
3.1、C++标准IO流
3.2、C++文件IO流
文件操作步骤
以二进制的形式操作文件
以文本的形式操作文件
4、stringstream的介绍
1、C语言的输入输出
C语言中我们用到的最频繁的输入输出方式就是scanf()和printf()。
- scanf()：从标准输入设备（键盘）读取数据，并将值存放在变量中
- printf()：将指定的文字/字符串输出到标准输出设备（屏幕），使用时注意宽度输出和精度输出控制。
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：
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”。
scanf与printf是和控制台、终端相关的，还有与文件相关的（fscanf、fprintf）
- fscanf：针对所有输入流的格式化的输入语句 —— stdin/文件
- fprintf：针对所有输出流的格式化输出语句 —— stdout/文件
还有用来序列化字符串的（sscanf、sprintf）
- sscanf：从一个字符串中读取一个格式化的数据
- sprintf：把一个格式化的数据，转换成字符串
上述是C语言管理字符串序列号、反序列化的方式，C++的流也是按照类似的方式实现的。
2、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。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++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。
3.1、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
- 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类的三个不同的对象，因此这三个对象现在基本没有区别，只是应用场景不同。
注意：
1、在使用时候必须要包含文件并引入std标准命名空间，或是在使用时指定cout和cin所属的命名空间。
#include<iostream>//包含iostream文件 using namespace std;//引入std标准命名空间 int main() { int a; cin >> a; cout << a << endl; std::cin >> a;//使用时指定所属命名空间 std::cout << a << std::endl;//使用时指定所属命名空间 return 0; }2、cin为缓冲流。键盘输入的数据保存在缓冲区中，当要提取时，是从缓冲区中提取，如果一次输入过多，则多余的数据会留在缓冲区以供之后提取，如果输入错了，必须在回车之前进行修改，回车键按下就无法进行修改了，只有把输入缓冲区的数据取完后，才会要求输入新的数据。
- 例如：如下的代码，若在第一次输入时输入两个数字，中间以空格间隔开，空格后的数据就是多余的数据，会存留在缓冲区，等到下一次输入时，会直接从缓冲区提取前面多余的数据。
#include<iostream> using namespace std; int main() { int a, b, c; cin >> a;//输入10 20 30 cout << a << endl;//10 cin >> b;//直接从缓冲区提取数据 cout << b << endl;//20 cin >> c;//直接从缓冲区提取数据 cout << c << endl;//30 return 0; }3、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。
4、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。
- 例如：我们使用cin无法把含有空格字符的字符串"hello world"输入到string对象中。
#include<iostream> #include<string> using namespace std; int main() { string str; cin >> str;//输入"hello world" cout << str << endl;//输出"hello" return 0; }
- 对于含有空格的字符串，我们可以使用getline函数来解决此问题，因为getline函数只有遇到'\n'换行符才会停止。
#include<iostream> #include<string> using namespace std; int main() { string str; getline(cin, str);//输入"hello world" cout << str << endl;//输出"hello world" return 0; }5、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。
- >>运算符重载：
- <<运算符重载：
6、对于自定义类型，如果要支持cin和cout的标准输入输出，则需要对<<和>>进行重载。
- 如下简易实现的自定义类型日期类，支持了对cin和cout的重载，就可以直接进行cin输入和cout输出了
#include<iostream> using namespace std; class Date { //友元函数 friend ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d);//流插入 << friend istream& operator>>(istream& in, Date& d);//流提取 >> public: Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1) { _year = year; _month = month; _day = day; } private: int _year; int _month; int _day; }; //流插入 << ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d) { out << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day << endl; return out; } //流提取 >> istream& operator>>(istream& in, Date& d) { in >> d._year >> d._month >> d._day; return in; } int main() { Date d; cin >> d;//2022 11 20 cout << d << endl;//2022-11-20 }7、在线OJ中的输入和输出 && 8、istream类型对象转换为逻辑条件判断值
- 对于IO类型的算法，一般都需要循环输入，对于C语言，我们是这样写的：
int main() { char buff[128]; while (scanf("%s", buff) != EOF) { //…… } return 0; }一旦程序运行，就会陷入循环，如果我们想要结束此循环，在C语言中我们通常有两种方法：
- ctrl + z 加 换行
- ctrl + c（强制杀掉进程）
在C++中，要想循环输入，我们是这样解决的：
int main() { string str; while (cin >> str) { cout << str << endl; } return 0; }对于C++，我想要终止此循环，该如何解决的呢？
首先，我cin>>str实际上调用的是string类中的operator>>(cin, str)运算符重载，相当于是拿此运算符重载的返回值来解决何时终止循环的问题。来看下库里的整体框架：
由此可见，此函数的返回值就是cin，也就是istream类型的对象，可istream类型的对象（cin）本身不能作为这里循环的条件逻辑判断，但是C++支持一种语法，可以支持自定义类型的隐式类型转换，在讲解此问题之前，先来看看如下的样例：
- C++有一个运算符重载比较特殊，可以支持把自定义类型转换为内置类型，看如下的自定义类型日期类：
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) {} //支持Date对象转换为bool类型 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; } //支持Date对象转换为int类型 operator int() { return _year + _month + _day; } private: int _year; int _month; int _day; }; int main() { //内置类型转自定义类型（隐式类型转换） Date d1 = 0; Date d2 = { 2022, 11, 20 }; //自定义类型转换为内置类型(bool) bool ret1 = d1; bool ret2 = d2; cout << ret1 << endl;//0 cout << ret2 << endl;//1 if (d2) { cout << "operator ()" << endl;//发生隐式类型转换 } //自定义类型转换为内置类型(int) int i = d2; cout << i << endl;//2053 return 0; }C++对实现类似于下面的函数，就可以支持自定义类型转为内置类型
operator bool(){} operator int(){}
- 转换过程如下：先调用operator bool()与operator int()的重载函数，调用函数之后返回值产生的一个临时变量，然后再赋值给另一变量，而这个临时变量我们是可以自己定义的，以及函数的逻辑也是我们定义的。
- 上述main函数内部的if条件中，d2会进行隐式类型转换，转换成调用operator bool()函数，内部返回的是true。
所以 为什么 (cin>>str 可以做判断的条件呢？)
- cin>>str实际上调用的是string类中的operator>>(cin, str)运算符重载，此函数返回的是istream类型的对象(cin)，既然它能做条件判断，那么istream内部必定是调用了operator bool()运算符重载函数，来看看库里的截图：
- 由此可见，实际上operator bool()运算符重载是ios基类实现的，不过istream类继承了ios类，自然能够调用父类ios的成员函数，所以这里cin >> str（cin. operator bool()）的返回值就可以作为循环结束的条件判断了。
总结：
- 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值，源自于istream的对象又调用了operator bool，operator bool调用时如果接收流失败，或者有结束标志，则返回false。
3.2、C++文件IO流
下面展开讨论。
文件操作步骤
C++根据文件内容的数据格式分为二进制文件和文本文件。采用文件流对象操作文件的一般步骤如下：
1、定义一个文件流对象
类 对应操作场景 ifstream 只读、只输入用 ofstream 只写、只输出用 fstream 读 + 写、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 以二进制的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 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，其中对文件进行提取和插入操作的常用成员函数如下：
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”的形式进行输入 <<运算符重载 将数据形象地以“流”的形式进行输出 4、关闭文件
- 示例：我读一个文件（test.cpp）
#include<iostream> #include<fstream> using namespace std; int main() { ifstream ifs("test.cpp"); //法一： while (ifs) { char ch = ifs.get(); cout << ch; } /*法二 char ch; while (ifs >> ch) { cout << ch;这里读出的结果不换行，过滤掉了空格和换行 }*/ return 0; }
再比如我要拷贝一份test.cpp文件生成copy.cpp
int main() { ifstream ifs("test.cpp"); ofstream ofs("copy.cpp"); char ch = ifs.get(); while (~ch) { ofs << ch; ch = ifs.get(); } return 0; }
以二进制的形式操作文件
以二进制形式读对文件进行写入操作：
//以二进制的形式对文件进行写入 int main() { ofstream ofile; //定义文件流对象 ofile.open("test.txt", ofstream::out | ofstream::binary); //以二进制写入的方式打开test.txt文件 char array[] = "hello world"; ofile.write(array, strlen(array)); //将array字符串写入文件 ofile.put('#'); //将字符'#'写入文件 ofile.close(); //关闭文件 //此时test.txt文件仅有"hello world#" return 0; }以二进制的形式对文件进行读取操作：
//以二进制的形式对文件进行读取 int main() { ifstream ifile;//定义文件流对象 ifile.open("test.txt", ofstream::in | ofstream::binary);//以二进制的读取的方式打开test.doc文件 ifile.seekg(0, ifile.end);//跳转到文件末尾 int len = ifile.tellg();//获取当前字符在文件当中的位置，既文件的字符总数 ifile.seekg(0, ifile.beg);;//重新回到文件开头 char array[100]; ifile.read(array, len);//将文件当中的数据全部读取到字符串array当中 cout << len << endl; cout << array << endl; ifile.close();//关闭文件 return 0; }再比如我现在有一个ServerInfo的类
struct ServerInfo { char _address[32]; int _port; };现在想要把它写到文件，我们有两种方式：
- 二进制的方式
- 文本的方式
我们先以二进制的方式写入：
struct ServerInfo { const char _address[256] = ""; int _port; }; struct ConfigManager { public: ConfigManager(const char* filename) :_filename(filename) {} //以二进制写 void WriteBin(const ServerInfo& info) { ofstream ofs(_filename, ios_base::out | ios_base::binary); ofs.write((const char*)&info, sizeof(info)); } //以二进制读 void ReadBin(ServerInfo& info) { ifstream ifs(_filename, ios_base::in | ios_base::binary); ifs.read((char*)&info, sizeof(info)); } private: string _filename; // 配置文件 }; int main() { //以二进制写 ServerInfo winfo = { "https://legacy.cplusplus.com/reference/ios/", 80 }; ConfigManager cf_bin("test.bin"); cf_bin.WriteBin(winfo); //以二进制读 ServerInfo rbinfo; cf_bin.ReadBin(rbinfo); cout << rbinfo._address << " " << rbinfo._port << " ";//https://legacy.cplusplus.com/reference/ios/ 80 return 0; }
以文本的形式操作文件
以文本的形式对文件进行写入操作：
//以文本的形式对文件进行写入 int main() { ofstream ofile;//定义文件流对象 ofile.open("test.txt");//以写入的方式打开test.txt文件 char array[] = "hello world"; ofile.write(array, strlen(array));//将array字符串写入文件 ofile.put('#');//将字符'#'写入文件 ofile.close();//关闭文件 return 0; }以文本的形式对文件进行读取操作：
//以文本的形式对文件进行读取 int main() { ifstream ifile;//定义文件流对象 ifile.open("test.txt");//以读取的方式打开test.txt文件 ifile.seekg(0, ifile.end);//跳转到文件末尾 int len = ifile.tellg();//获取当前字符在文件中的位置，即文件的字符总数 ifile.seekg(0, ifile.beg);//重新回到文件开头 char array[100]; ifile.read(array, len);//将文件中的数据全部读取到字符串data中 cout << len << endl; cout << array << endl; ifile.close();//关闭文件 return 0; }再比如下面的类，并将其改成以文本的方式读取和写入：
class Date { //友元函数 friend ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d);//流插入 << friend istream& operator>>(istream& in, Date& d);//流提取 >> public: Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1) { _year = year; _month = month; _day = day; } private: int _year; int _month; int _day; }; //流插入 << ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d) { out << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day << endl; return out; } //流提取 >> istream& operator>>(istream& in, Date& d) { in >> d._year >> d._month >> d._day; return in; } struct ServerInfo { string _address; int _port; Date _d; }; struct ConfigManager { public: ConfigManager(const char* filename) :_filename(filename) {} //以文本方式写 void WriteText(const ServerInfo& info) { ofstream ofs(_filename); ofs << info._address << endl; ofs << info._port << endl; ofs << info._d << endl; } //以文本方式读 void ReadText(ServerInfo& info) { ifstream ifs(_filename); ifs >> info._address; ifs >> info._port; ifs >> info._d; } private: string _filename; // 配置文件 }; int main() { ServerInfo winfo = { "https://legacy.cplusplus.com/reference/ios/", 80, { 2022, 11, 22 } }; //以文本方式写 ConfigManager cf_txt("test.txt"); cf_txt.WriteText(winfo); //以文本方式读 ConfigManager cf_text("test.txt"); ServerInfo rtinfo; cf_text.ReadText(rtinfo); cout << rtinfo._address << " " << rtinfo._port << " " << rtinfo._d << endl;//https://legacy.cplusplus.com/reference/ios/ 80 2022--11--22 return 0; }注意：
- C++文件流的优势就是可以对内置类型和自定义类型，都使用一样的方式，去流插入和流提取数据，当然这里自定义类型Date需要重载>> 和 <<
4、stringstream的介绍
在C语言中，如果想要将一个整形变量的数据转化为字符串格式，有如下两种方法：
- 1、使用itoa()函数
int main() { int n = 123456789; char s1[32]; _itoa(n, s1, 10);//将整型的a转化为十进制字符数字存储在字符串s1中 //_itoa(n, s1, 2);以二进制形式存在字符串s1中 return 0; }
- 2、使用sprintf函数
int main() { int n = 123456789; char s2[32]; sprintf(s2, "%d", n);//将整型的n转化为字符串格式存储在字符串s2当中 return 0; }
- 虽然上述俩函数都能够完成整型到字符串的转化，但是两个函数在转化时，都得需要先给出保存结果的空间，那空间要给多大呢，就不太好界定，而且转化格式不匹配时，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。在程序中如果想要使用stringstream，必须要包含头文件<sstream>。在该头文件下，标准库有如下三个类：
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 来看这样一幅图：
- 上图足矣说明，istringstream继承了istream，ostringstream继承了ostream，而iostream继承了istream和ostream，库里相当于是完成了一个菱形继承。stringstream是istringstream和ostringstream两个功能的合体。本文主要介绍stringstream，其作用如下：
一、将数值类型数据格式化为字符串
- ostringstream把数据类型转化为字符串
- istringstream把字符串转化为数据类型
#include<iostream> #include<sstream> using namespace std; int main() { //ostringstream把数据类型转为字符串 int i = 123; ostringstream oss; oss << i;//把i流插入到oss string stri = oss.str(); oss.str("");//将ostringstream底层管理的string对象设置为""。 s.clear(); //将上次转换状态清空掉 double d = 44.55; oss << d;//把d流插入到oss string strd = oss.str(); //istringstream把字符串转为数据类型 istringstream iss(strd); double n; iss >> n;//n = 44.55 return 0; }
- stringstream综合istringstream和ostringstream的功能
#include <iostream> #include <sstream> #include <string> using namespace std; int main() { int n = 10; string str; stringstream ss; ss << n; //将int类型的n放入输入流 ss >> str; //从ss中抽取前面插入的int类型的值，赋值给string类型（方式一） cout << str << endl;//10 ss.str(""); //将stringstream底层管理的string对象设置为""。 ss.clear(); //将上次转换状态清空掉 //进行下一次转换 double b = 44.55; ss << b; str = ss.str(); //获取stringstream中管理的string类型（方式二） cout << str << endl;//44.55 return 0; }注意：
- clear()：注意多次转换时，必须使用clear将上次转换状态清空掉，stringstreams在转换结尾时(即最后一个转换后),会将其内部状态设置为badbit，因此下一次转换是必须调用clear()将状态重置为goodbit才可以转换，但是clear()不会将stringstreams底层字符串清空掉。
- s.str("")：将stringstream底层管理string对象设置成""，否则多次转换时，会将结果全部累积在底层string对象中
二、字符串拼接
#include<iostream> #include<sstream> using namespace std; int main() { string str; stringstream sstream; // 将多个字符串放入 sstream 中 sstream << "hello" << " " << "world"; sstream << " !!!"; sstream >> str; cout << str << endl;//hello cout << "strResult is: " << sstream.str() << endl;//strResult is: hello world !!! // 清空 sstream sstream.str(""); sstream.clear(); sstream << "third string"; str = sstream.str(); cout << str << endl;//third string cout << "After clear, strResult is: " << sstream.str() << endl;//After clear, strResult is: third string return 0; }三、序列化和反序列化结构数据
- 序列化：把一些值（整型、浮点型、自定义类型……）的数据转为字符串
- 反序列化：把字符串转化为整数
这个和第一点差不多，示例如下：我们日常聊天中，假如要把如下的信息发送过去：
struct ChatInfo { string _name; // 名字 int _id; // id Date _date; // 时间 string _msg; // 聊天信息 };这里的信息是个结构体对象，若要把此结构体信息发送给你，就需要运用到序列化和反序列化：
int main() { // 结构信息序列化为字符串 ChatInfo winfo = { "张三", 135246, { 2022, 11, 24 }, "晚上一起看电影吧" }; ostringstream oss; oss << winfo._name << " " << winfo._id << " " << winfo._date << " " << winfo._msg;//把结构体信息插入到oss流 string str = oss.str();//转换成字符串 cout << str << endl << endl; // 我们通过网络这个字符串发送给对象，实际信息相对更复杂，这里做简化 // 字符串解析成结构信息 ChatInfo rInfo; istringstream iss(str); 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; return 0; }
总结：
- 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。
- 可以使用s.str()将让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，更安全。
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