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所属专栏：夏驰和徐策带你从零开始学C++

前言：

C++语言并未定义任何输入输出 (IO) 语句，取而代之，包 含了一个全面的标准库 (standard library) 来 提供IO 机制 (以 及很多其他设施)。 对于很多用途，包 括本书中的示 例来说，我们只需了解IO 库 中一部分基本概念和操作。 本书中的很多示例都使用了 iostream 库 。 iostream 库包含两个基础类型 istream 和 ostream, 分别表示输入流和输出流。一 个流就是一个字符序列，是从 IO 设备读出或写入IO 设备的。术语“流” (stream) 想要表达的是，随着时间的推移，字符 是顺序生成或消耗的。

我的理解(告诉我什么信息):

这段前言主要介绍了以下内容：

1. C++语言本身没有定义输入输出（IO）语句。
2. C++提供了一个全面的标准库来实现输入输出（以及其他功能）。
3. 对于许多场景，包括书中的示例，我们只需要理解标准库中关于IO部分的一些基本概念和操作。
4. 书中的很多示例使用了`iostream`库。
5. `iostream`库中包含了两个基础类型：`istream`（表示输入流）和`ostream`（表示输出流）。
6. 一个流是一个字符序列，可以从IO设备中读取或写入。
7. 术语“流”表示字符是随着时间的流逝而顺序生成或消耗的。

简而言之，这段前言向读者介绍了C++是如何处理输入和输出的，特别是通过`iostream`库中的`istream`和`ostream`两种基本类型。

我的疑问：

1.什么是IO机制？

IO机制，即输入输出（Input/Output）机制，是计算机系统中一个核心的概念。它涉及到数据在计算机的内部组件（如CPU和内存）与外部设备（如键盘、鼠标、显示器、硬盘、网络设备等）之间的交互。以下是IO机制的一些关键点：

1. **输入(Input)**: 这是将数据从外部设备传输到计算机的内部的过程。例如，当你在键盘上敲击键时，这个动作的信息就被送入计算机进行处理。

2. **输出(Output)**: 这是将数据从计算机内部传输到外部设备的过程。例如，当计算机需要在屏幕上显示文本或图像时，这些数据被送到显示器上。

3. **IO接口和控制器**: 为了确保数据可以从外部设备正确地输入到计算机中，或从计算机正确地输出到外部设备，计算机中有专门的硬件接口和控制器来管理这些交互。

4. **IO操作的阻塞性**: 通常，IO操作（特别是从慢速设备，如硬盘或网络）比CPU的计算要慢得多。为了有效地管理这种不平衡，操作系统提供了各种机制，如中断、DMA（直接内存访问）和异步IO，使得CPU不必在等待IO操作完成时被闲置。

5. **高级和低级IO**: 在软件层面，IO可以分为低级（通常涉及直接与硬件交互的操作）和高级（通常通过操作系统或库函数提供，并为程序员提供更友好的接口）。

6. **IO库和API**: 大多数编程语言提供了IO库或API，使得程序员可以容易地进行输入和输出操作，而不需要直接管理底层的硬件交互。例如，C++提供了`iostream`库，Python提供了`input()`和`print()`函数等。

IO机制是任何计算机系统中不可或缺的部分，它使得系统能够与外部世界交互，处理数据和提供结果。

一、标准输入输出对象 

标准库定义了 4个 IO对 象。 为了处理输入， 我们使用一个名为 cin (发音为see-in)

的 istream类型的对象。这个对象也被称为标准输入 (standard nput)。 对 于输出，我 们

使用一个名为 cout(发音为 see-out)的 ostream类型的对象。 此对象也被称为标准输

出 (standard output)。 标准库还定义了其他两个 ostream对象，名为 cerr和 clog (发

音分别为 see-err和see-log)。 我们通常用 cerr 来输出警告和错误消息，因此它也被称为

标准错误 (standard error)。 而 clog 用来输出程序运行时的一般性信息。

系统通常将程序所运行的窗口与这些对象关联起来。 因此，当我们读取 cin, 数据将

从程序正在运行的窗口读入， 当我们向 cout、 cerr 和 clog 写入数据时，将会写到同一

个窗口。

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
    std::cout << "Enter two numbers:"<<std::endl;
    int v1 = 0, v2 = 0;
    std::cin >> v1 >> v2;
    std::cout << "The sum of" << v1 << "and" << v2
    << "is" << v1 + v2 << std::endl;
    return 0;
}

warning!

程序员常常在调试时添加打印语句。这类语句应该保证“一直”刷新流。否则， 如果程序崩溃，输出可能还留在缓冲区中，从而导致关于程序崩溃位置的错误推断。

我的理解

这段话介绍了在C++中如何使用输出运算符(<<)来进行输出操作。以下是这段话的关键信息：

1. 在C++中，表达式产生一个计算结果，由一个或多个运算对象以及通常的一个运算符组成。
2. 一个例子被给出：`std::cout<<"Enter two numbers:"<< std::endl;`。这是在标准输出上打印消息的代码。
3. 输出运算符(<<)需要两个运算对象。左侧的必须是一个`ostream`对象（如`std::cout`），而右侧是要打印的值。
4. `<<`运算符的返回值是其左侧的运算对象，这允许我们进行链式输出操作。
5. 输出语句中的文本是字符串字面值常量，由双引号括起。
6. `std::endl`是一个操纵符，它的效果是结束当前行并刷新与设备关联的缓冲区，确保内容真正被写入输出流。
7. 警告部分提到，当程序员在调试时添加打印语句，他们应确保总是刷新流。否则，如果程序崩溃，未刷新的输出可能导致关于崩溃位置的误判。

简而言之，这段话告诉我们一些输入输出使用的时候的常识，解释了C++中如何使用输出运算符进行标准输出操作，以及为何及如何使用`std::endl`来刷新输出缓冲区，确保信息正确输出。

四、使用标准库中的名字 

细心的读者可能会注意到这个程序使用了std::cout和std::endl,而不是直接的cout和endl。前缀std::指出名字cout和endl是定义在名为std的命名空间(namespace)中的。命名空间可以帮助我们避免不经意的名字定义冲突，以及使用库中相同名字导致的冲突。标准库定义的所有名字都在命名空间std中。

通过命名空间使用标准库有一个副作用：当使用标准库中的一个名字时，必须显式说明我们想使用来自命名空间std中的名字。例如，需要写出std::cout,通过使用作用域运算符(::)来指出我们想使用定义在命名空间std中的名字cout。3.1节(第74页)将给出一个更简单的访问标准库中名字的方法。

我的理解：

 五、从流读取数据

在提示用户输入数据之后，接下来我们希望读入用户的输入。首先定义两个名为v1

和v2的变量(variable)来保存输入：

int vl = 0,v2 = 0;

我们将这两个变量定义为int类型，int是一种内置类型，用来表示整数。还将它们初始化(initialize)为0。初始化一个变量，就是在变量创建的同时为它赋予一个值。下一条语句是

std::cin>> vl>> v2;

它读入输入数据。输入运算符(>>)与输出运算符类似，它接受一个istream作为其左侧运算对象，接受一个对象作为其右侧运算对象。它从给定的istream读入数据，并存入给定对象中。与输出运算符类似，输入运算符返回其左侧运算对象作为其计算结果。因此，此表达式等价于

(std::cin>> v1)>> v2;

由于此运算符返回其左侧运算对象，因此我们可以将一系列输入请求合并到单一语句中。本例中的输入操作从std::cin读入两个值，并将第一个值存入v1,将第二个值存入v2。换句话说，它与下面两条语句的执行结果是一样的

std::cin>> vl;

std::cin >> v2;

我的理解：

这段话描述了在C++中如何从标准输入读取用户输入并保存到变量中。以下是这段话的主要内容和要点：

1. **定义变量**：程序定义了两个名为`v1`和`v2`的变量来保存用户的输入。代码示例为`int v1 = 0, v2 = 0;`。

2. **数据类型**：这两个变量被定义为`int`类型，这是C++的一种内置数据类型，用于存储整数。

3. **初始化**：在定义变量的同时，给它们分别赋予了一个初始值0。这个过程称为初始化。

4. **读取输入**：使用`std::cin >> v1 >> v2;`从标准输入读取数据。这里，`>>`是输入运算符。

5. **输入运算符**：输入运算符与输出运算符在功能上是相反的。它从`istream`（例如`std::cin`）读取数据，并将数据保存到其右侧的运算对象中。与输出运算符类似，输入运算符也返回其左侧的运算对象。

6. **链式输入**：由于输入运算符返回其左侧的运算对象，我们可以在单一语句中合并多个输入请求。因此，`std::cin >> v1 >> v2;`与以下两条语句的效果相同：

std::cin >> v1;
std::cin >> v2;

总之，这段话解释了在C++中如何定义和初始化变量，并使用输入运算符从标准输入中读取用户输入，保存到指定变量中。

 六、完成程序

剩下的就是打印计算结果了：

std::cout<<"The sum of"<<v1<<" and" << v2
<<"is"<<v1+v2<<std::endl;

这条语句虽然比提示用户输入的打印语句更长，但原理上是一样的，它将每个运算对象打

印在标准输出上。本例一个有意思的地方在于，运算对象并不都是相同类型的值。某些运

算对象是字符串字面值常量，例如"The sum of"。其他运算对象则是int值，如v1、

v2以及算术表达式v1+v2的计算结果。标准库定义了不同版本的输入输出运算符，来处

理这些不同类型的运算对象。

总结：

C++语言的输入输出操作主要通过`iostream`库进行，主要涉及`cin`和`cout`对象，以及输入运算符`>>`和输出运算符`<<`。以下是输入输出的重点和难点：

### 重点：

1. **基本对象**：使用`std::cin`进行输入，使用`std::cout`进行输出。
2. **输入/输出运算符**：`>>`用于输入，`<<`用于输出。
3. **链式操作**：由于`cin`和`cout`都会返回其本身，所以可以进行链式输入和输出，如`std::cin >> a >> b;`或`std::cout << a << " " << b;`。
4. **格式化**：可以通过`iomanip`库来对输出进行格式化，如设置宽度、精度、填充字符等。
5. **错误处理**：可以检查`cin`的状态，例如使用`cin.fail()`来检查输入是否失败。
6. **缓冲区控制**：如`std::endl`和`std::flush`可以刷新输出缓冲区。

### 难点：

1. **输入错误处理**：当用户输入与预期不符时，例如期待整数输入时用户输入了文本，这会导致`cin`进入错误状态。处理这种情况并给出合适的提示是很重要的。
2. **缓冲区管理**：理解输入输出缓冲区以及如何清除和控制缓冲区可能有些复杂，特别是在连续的输入操作中。
3. **格式化输出**：尽管`iomanip`提供了许多工具，但复杂的格式化输出仍然可能是一个挑战。
4. **文件输入输出**：除了标准输入和输出，C++还提供了文件输入和输出功能，这需要对`fstream`库有深入的了解。
5. **编码问题**：当处理非ASCII字符时，例如UTF-8或其他字符编码，需要特别注意。
6. **多线程和同步**：在多线程环境中，对输入输出的同步是一个挑战。

理解和掌握C++的输入输出操作是学习过程中的基础部分，但也需要注意其中的细节和难点，特别是在实际应用中。

 易错点：

C++的输入输出操作中有一些常见的易错点，尤其是对初学者而言。以下是一些经常出现的问题和易错点：

1. **忽略命名空间**：忘记使用`std::`前缀（例如直接使用`cin`而不是`std::cin`），除非使用了`using namespace std;`。

2. **混淆输入输出运算符**：将`>>`和`<<`混淆，尤其是在复杂的链式操作中。

3. **不检查输入状态**：在读取数据后，不检查`cin`的状态可能导致错误的数据被使用。

4. **遗忘缓冲区**：例如，在读取一个数字后，立即读取一个字符串可能会遇到问题，因为数字后的换行符仍留在缓冲区中。

5. **不适当的格式化**：例如，不正确地使用`setw`、`setprecision`等格式化工具。

6. **不处理输入错误**：如果用户输入的数据类型与预期不符，程序可能会产生意外的行为。

7. **不刷新输出缓冲区**：有时，输出可能不会立即显示，这是因为它仍然在缓冲区中。忘记使用`std::endl`或`std::flush`可能导致这种情况。

8. **使用`endl`过于频繁**：虽然`endl`可以刷新缓冲区，但频繁使用可能导致效率降低。在不需要刷新缓冲区的情况下，可以考虑使用`'\n'`。

9. **文件操作中的路径问题**：在进行文件输入输出时，文件路径的问题可能会导致读写失败。

10. **不关闭文件**：完成文件操作后，忘记关闭文件可能导致数据丢失或其他问题。

11. **混合使用C和C++风格的I/O**：例如，同时使用`printf`/`scanf`和`cin`/`cout`可能导致预期之外的结果，因为它们可能有不同的缓冲机制。 

为了避免这些易错点，建议始终测试I/O操作，并在实际应用中考虑到各种可能的输入情况。

知识星球扩展：

1.什么是using namespace?​​​​​​​

我的理解：

`using namespace std;`是C++中的一条指令，用于告诉编译器，我们想要使用`std`命名空间中定义的所有名字，而无需每次都为它们加上`std::`前缀。

命名空间是C++中的一个特性，它可以组织和封装代码，避免名字冲突。标准库中的所有组件都定义在`std`命名空间中。

当使用`using namespace std;`后：

1. 我们可以直接使用`cout`、`cin`、`vector`、`string`等，而不是`std::cout`、`std::cin`、`std::vector`、`std::string`等。
2. 代码变得更加简洁。

但是，该指令也有一些潜在的问题：

1. **名字冲突**：如果自己的代码或其他库中有与`std`命名空间中同名的函数、类或变量，就会发生名字冲突。
2. **代码可读性**：对于不熟悉C++标准库的人来说，他们可能会对某些名字感到困惑，因为不清楚它是否来自标准库。
3. **未来的问题**：如果未来版本的C++标准库增加了新的组件，并且与您的现有代码中的名字冲突，那么在使用`using namespace std;`时可能会遇到问题。

因此，尽管在简短的程序或学习中使用`using namespace std;`可以使代码更简洁，但在大型项目和实际应用中，为了避免潜在的问题，推荐显式使用`std::`前缀或只引入需要的组件，例如`using std::cout;`、`using std::vector;`等。

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参考书籍：

C++ Primer 第五版