18.1 I/O流概念和流类库结构

• 1 概念
  程序的输入指的是从输入文件将数据传送给程序，程序的输出指的是从程序将数据传送给输出文件。

• C++输入输出包含以下三个方面的内容：
  （1）对系统指定的标准设备的输入和输出。即从键盘输入数据，输出到显示器屏幕。这种输入输出称为标准的输入输出，简称标准I/O。

  （2）以外存磁盘文件为对象进行输入和输出，即从磁盘文件输入数据，数据输出到磁盘文件。以外存文件为对象的输入输出称为文件的输入输出，简称文件I/O。

  （3）对内存中指定的空间进行输入和输出。通常指定一个字符数组作为存储空间(实际上可以利用该空间存储任何信息)。这种输入和输出称为字符串输入输出，简称串I/O。

• C++的I/O对C的发展
  C++编译系统提供了用于输入输出的iostream类库。iostream这个单词是由3个部 分组成的，即i-o-stream，意为输入输出流。在iostream类库中包含许多用于输入输出的 类。常用的见表

os是抽象基类，由它派生出istream类和ostream类，两个类名中第1个字母i和o分别代表输入(input)和输出(output)。 istream类支持输入操作，ostream类支持输出操作， iostream类支持输入输出操作。iostream类是从istream类和ostream类通过多重继承而派生的类。其继承层次见上图表示。

C++对文件的输入输出需要用ifstrcam和ofstream类，两个类名中第1个字母i和o分别代表输入和输出，第2个字母f代表文件 (file)。ifstream支持对文件的输入操作， ofstream支持对文件的输出操作。类ifstream继承了类istream，类ofstream继承了类ostream，类fstream继承了 类iostream。见图

18.1.1 与iostream类库有关的头文件

iostream类库中不同的类的声明被放在不同的头文件中，用户在自己的程序中用#include命令包含了有关的头文件就相当于在本程序中声明了所需 要用到的类。可以换 —种说法：头文件是程序与类库的接口，iostream类库的接口分别由不同的头文件来实现。常用的有

• iostream 包含了对输入输出流进行操作所需的基本信息。
• fstream 用于用户管理的文件的I/O操作。
• strstream 用于字符串流I/O。
• stdiostream 用于混合使用C和C + +的I/O机制时，例如想将C程序转变为C++程序。
• iomanip 在使用格式化I/O时应包含此头文件。

18.1.2 在iostream头文件中定义的流对象

在 iostream 头文件中定义的类有 ios，istream，ostream，iostream，istream _withassign， ostream_withassign，iostream_withassign 等。

在iostream头文件中不仅定义了有关的类，还定义了4种流对象：

18.1.3 在iostream头文件中重载运算符

“<<”和“>>”本来在C++中是被定义为左位移运算符和右位移运算符的，由于在iostream头文件中对它们进行了重载， 使它们能用作标准类型数据的输入和输出运算符。所以，在用它们的程序中必须用#include命令把iostream包含到程序中。

18.2 标准I/O流

标准I/O对象:cin，cout，cerr，clog
1、cout流对象：cout是console output的缩写，意为在控制台（终端显示器）的输出。强调几点。

• （1）cout不是C++预定义的关键字，它是ostream流类的对象，在iostream中定义。 顾名思义，流是流动的数据，cout流是流向显示器的数据。cout流中的数据是用流插入运算符“<<”顺序加入的。如果有
  cout<<"I "<<"study C++ "<<"very hard. << “wang bao ming ";
  按顺序将字符串"I ", "study C++ ", "very hard.“插人到cout流中，cout就将它们送到显示器，在显示器上输出字符串"I study C++ very hard.”。cout流是容纳数据的载体，它并不是一个运算符。人们关心的是cout流中的内容，也就是向显示器输出什么。

• （3）用“ccmt<<”输出基本类型的数据时，可以不必考虑数据是什么类型，系统会判断数据的类型，并根据其类型选择调用与之匹配的运算符重 载函数。这个过程都是自动的，用户不必干预。如果在C语言中用prinf函数输出不同类型的数据，必须分别指定相应的输出格式符，十分麻烦，而且容易出 错。C++的I/O机制对用户来说，显然是方便而安全的。

• （3）cout流在内存中对应开辟了一个缓冲区，用来存放流中的数据，当向cout流插 人一个endl时，不论缓冲区是否已满，都立即输出流中所有数据，然后插入一个换行符， 并刷新流（清空缓冲区）。注意如果插人一个换行符”\n“（如cout<<a<<“\n”），则只输出和换行，而不刷新cout 流(但并不是所有编译系统都体现出这一区别）。

• （4）在iostream中只对"<<“和”>>“运算符用于标准类型数据的输入输出进行了重载，但未对用户声明的类型数据的输入输出 进行重载。如果用户声明了新的类型，并希望用”<<“和”>>"运算符对其进行输入输出，按照重运算符重载来做。

2、cerr流对象

• cerr流对象是标准错误流，cerr流已被指定为与显示器关联。cerr的 作用是向标准错误设备(standard error device)输出有关出错信息。cerr与标准输出流cout的作用和用法差不多。但有一点不同：cout流通常是传送到显示器输出，但也可以被重定向 输出到磁盘文件，而cerr流中的信息只能在显示器输出。当调试程序时，往往不希望程序运行时的出错信息被送到其他文件，而要求在显示器上及时输出，这时 应该用cerr。cerr流中的信息是用户根据需要指定的。

3、clog流对象

• clog流对象也是标准错误流，它是console log的缩写。它的作用和cerr相同，都是在终端显示器上显示出错信息。区别：cerr是不经过缓冲区，直接向显示器上输出有关信息，而clog中的信息存放在缓冲区中，缓冲区满后或遇endl时向显示器输出。

4、缓冲区的概念:

18.2.1 标准输入流

标准输入流对象cin，重点掌握的函数

      cin.get() //一次只能读取一个字符  遇到EOF结束
      cin.get(一个参数) //读一个字符
      cin.get(两个参数) //可以读字符串
      cin.getline()
      cin.ignore()
      cin.peek()
      cin.putback()

cin.get()

• 1、获取单个字符

运行结果：

也可以这样：

• 2、获取字符串
  
  运行结果：
  

cin.getline()

运行结果：

cin.ignore()

运行结果：

cin.peek()

运行结果：

cin.putback()

完整示例代码：

#include <iostream>

using namespace std;

int main()
{
	char ch;
	char buf[32] = {0};

	// cin >> ch;
	// cout << ch << endl;

	// ch = cin.get();
	// cout << ch << endl;

	// cin.get(ch);
	// cout << ch << endl;

	// cin.get(buf, 10);   //获取字符串，最多10个字节
	// cout << buf << endl;

	// cin.getline(buf, 10);   //获取一行数据，最多10个字节
	// cout << buf << endl;

	// cin.ignore(5);    //忽略前5个字节
	// cin >> buf;
	// cout << buf << endl;

	// ch = cin.peek();    //获取一个字符，同时字符还留在缓冲区
	// cout << ch << endl;

	// cin >> buf; // 把前面留在缓冲区里面的字符放进buf里面
	// cout << buf << endl;

	cin >> ch;
	cin.putback(ch);    //把ch放回缓冲区
	cin >> buf;
	cout << buf << endl;

	return 0;
}

18.2.2 标准输出流

1、标准输出流对象cout（成员函数形式）

cout.flush()

cout.put()

cout.write()

cout.width() 设置输出字符串的长度

cout.fill() 填补输出的字符串

运行结果：

cout.setf( ) 设置输出格式

运行结果：

cout.precision( ) 设置输出位数

运行结果：

2、manipulator(操作符、控制符)

flush

endl

oct 八进制

dec 十进制

hex 十六进制

setbase

运行结果：

setw 设置输出字符串的长度

setfill 填补字符串

运行结果：

setprecision 设置输出的位数

输出结果：

完整示例代码：

#include <iostream>
#include <iomanip>

using namespace std;

int main()
{
	//使用控制符的方法
	// int num = 1000;
	// cout << oct << num << endl;         //八进制输出
	// cout << dec << num << endl;         //十进制输出
	// cout << hex << num << endl;         //十六进制输出
	// cout << setbase(8) << num << endl; // 只能是8 10 16 
	// cout << setbase(4) << num << endl; // 如果是其他值，自动转为十进制输出

	// double PI = 22222.0000 / 7.00000;
	// cout << PI << endl;
	// cout << setprecision(15) << PI << endl; // 15个数字
	// cout << setprecision(5) << setiosflags(ios::scientific) << PI << endl; // 科学计数法（保留五位小数）

	// const char *s = "helloworld";
	// cout << setw(15) << setfill('*') << s << endl; // 设置长度为15的字符串，多余的以*填补



	//使用成员函数的方式
	// int num = 1000;
	// cout.unsetf(ios::dec);    //结束十进制格式输出
	// cout.setf(ios::oct);      //设置八进制格式输出
	// cout << num << endl;

	// cout.unsetf(ios::oct); // 结束八进制格式输出
	// cout.setf(ios::hex); // 设置十六进制格式输出
	// cout << num << endl;

	// double PI = 2222.000 / 7.000;
	// cout.precision(5);
	// cout << PI << endl;
	// cout.setf(ios::scientific);
	// cout << PI << endl;

	const char *s = "helloworld";
	cout.width(15);  // 字符串输出宽带为15位
	cout.fill('*');  // 多余的用 * 代替
	cout << s << endl;

	return 0;
}

18.3 文件I/O

和文件有关系的输入输出类主要在fstream.h这个头文件中被定义，在这个头文件中主要被定义了三个类，由这三个类控制对文件的各种输入输出操 作，他们分别是ifstream、ofstream、fstream，其中fstream类是由iostream类派生而来，他们之间的继承关系见下图所 示。

由于文件设备并不像显示器屏幕与键盘那样是标准默认设备，所以它在fstream.h头文件中是没有像cout那样预先定义的全局对象，所以我们必须自己定义一个该类的对象。
ifstream类，它是从istream类派生的，用来支持从磁盘文件的输入。
ofstream类，它是从ostream类派生的，用来支持向磁盘文件的输出。
fstream类，它是从iostream类派生的，用来支持对磁盘文件的输入输出。

18.3.1 ofstream类，创建输出流对象

运行结果：

18.3.2 ifstream类，创建输入流对象

运行结果：

18.3.3 fstream类，创建输入输出流对象（两种都能干）

运行结果：