流类库——输入输出流控制详解
1. I/O流的概念及流类库结构
① 当程序与外界环境进行信息交换时，存在着两个对象，一个是程序中的对象， 另一个是文件对象。
② 流是一种抽象，它负责在数据的生产者和数据的消费者之间建立联系，并管理数据的流动。
③ 程序建立一个流对象，并指定这个流对象与某个文件对象建立连接，程序操作流对象，流对象通过文件系统对所连接的文件对象产生作用。
④ 读操作在流数据抽象中被称为（从流中）提取，写操作被称为（向流中）插 入。
输入输出流总概：
图中ios是抽象基类，派生出istream类和ostream类；
istream和ostream又共同派生出了iostream类，为了避免多继承的二义性，从ios派生出istream和ostream时，均使用虚继承。
① istream是用于输入的流类，cin就是该类的对象。
② ostream是用于输出的流类，cout就是该类的对象。
③ ifstream是用于从文件读取数据的类。
④ ofstream是用于向文件写入数据的类。
⑤ iostream是既能用于输入，又能用于输出的类。
⑥ fstream是既能从文件读取数据，又能向文件写入数据的类。
标准流对象： cin、cout、cerr和clog
▫ cin 标准输入，用于从键盘读取数据，也可以被重定向为从文件中读取数据。
▫ cout 标准输出，用于向屏幕输出数据，也可以被重定向为向文件写入数据。
▫ clog 标准错误输出流，用于向屏幕输出错误信息，不能被重定向。
▫ cerr 标准错误输出，没有缓冲，发送给它的内容立即被输出。
cerr和clog的区别在于：cerr不适用缓冲区，直接向显示器输出信息；而输出到clog中的信息会先被存放到缓冲区，缓冲区满或者刷新时才输出到屏幕。
代码举例：cerr使用
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{int x, y;cin >> x >> y;freopen("test.txt", "w", stdout); //标准输出重定向到test.txtif (y == 0) //除数为0则输出错误信息cerr << "error." << endl;elsecout << x / y;return 0;
}
补充说明：
freopen是个标准库函数，第二个参数w代表写模式，第三个参数代表标准输出。该语句的作用是将标准输出重定向为test.txt文件。重定向之后，所有对cout的输出都不再出现在屏幕上，而是在test.txt文件中。
cin也可以被重定向，如果在程序中加入
freopen("input.dat", "r", stdin);
第二个参数r代表读入方式，第三个参数stdin代表输入。执行此语句后，cin就不再从键盘读入数据，而是从input.dat文件中读入数据。
2. 输出流
最重要的三个输出流是
▫ ostream
▫ ofstream
▫ ostringstream
2.1 构造输出流对象
① ofstream类支持磁盘文件输出
② 如果在构造函数中指定一个文件名，当构造这个对象时该文件是自动打开的 ofstream myFile("filename");
③ 可以在调用默认构造函数之后使用open成员函数打开文件
ofstream myFile; //声明一个静态文件输出流对象
myFile.open("filename"); //打开文件，使流对象与文件建立联系
④ 在构造对象或用open打开文件时可以指定模式
ofstream myFile("filename", ios_base::out | ios_base::binary);
2.2 使用操纵符控制输出格式
① 插入(<<)运算符是所有标准C++数据类型预先设计的，用于传送字节到一个输出流对象。
② 插入运算符与操纵符一起工作，可以控制输出格式。很多操纵符都定义在ios_base 类中(如hex())和 < iomanip >头文件中（如setprecision()）。
③ setw和width仅影响紧随其后的输出项，但其它流格式操纵符保持有效直到发生改变。
④ 控制输出宽度
▫ 为了调整输出，可以通过在流中放入setw操纵符或调用width成员函数为每个项指定输出宽度。
setw操作符头文件#include <iomanip>
注意：setw()算子所起的作用是一次性的，即之影响下一次输出，每次需要指定输出宽度时都要使用setw()
⑤ dec、oct和hex操纵符设置输入和输出的默认进制。
流操作算子
流操作算子的方法是将算子用<<和cout连用。例如
cout<<hex<<12<<","<<24;
setiosflags()算子
• ios_base::skipws 在输入中跳过空白 。
• ios_base::left 左对齐值，用填充字符填充右边。
• ios_base::right 右对齐值，用填充字符填充左边（缺省对齐方式）。
• ios_base::internal 在规定的宽度内，指定前缀符号之后，数值之前，插入指定的填充字符。
• ios_base::dec 以十进制形式格式化数值（缺省进制）。
• ios_base::oct 以八进制形式格式化数值 。
• ios_base::hex 以十六进制形式格式化数值。
• ios_base::showbase 插入前缀符号以表明整数的数制。 • ios_base::showpoint 对浮点数值显示小数点和尾部的0 。 • ios_base::uppercase 对于十六进制数值显示大写字母A到F，对于科学格式显示大写字母E 。
• ios_base::showpos 对于非负数显示正号（“+”）。
• ios_base::scientific 以科学格式显示浮点数值。
• ios_base::fixed 以定点格式显示浮点数值（没有指数部分） 。
• ios_base::unitbuf 在每次插入之后转储并清除缓冲区内容。
多个标志可以用|运算符连接，表示同时设置。例如：
cout << setiosflags(ios::scientific|ios::showpos) << 12.34;
代码举例：使用width控制输出宽度
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{ double values[] = { 1.23, 35.36, 653.7, 4358.24 }; for(int i = 0; i < 4; i++) { cout.width(10); cout << values[i] << endl; } return 0;
}
执行结果：
代码举例：使用setw操纵符指定宽度
#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{ double values[] = { 1.23, 35.36, 653.7, 4358.24 }; string names[] = { "Zoot", "Jimmy", "Al", "Stan" }; for (int i = 0; i < 4; i++) cout << setw(6) << names[i] << setw(10) << values[i] << endl; return 0;
}
执行结果：
说明：
cout<<setw(5)<<"s"<<endl;
结果为：s;——四个空格加一个s共占5个字符
表示加上输出量一个占5个字符，且默认右对齐
setw()默认填充为" "(空格),可以通过setfill（）命令更改填充字符。
cout<<setfill("*")<<setw(5)<<"s"<<endl;
结果为：****s;
代码举例：设置对齐方式
#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{ double values[] = { 1.23, 35.36, 653.7, 4358.24 }; string names[] = { "Zoot", "Jimmy", "Al", "Stan" }; for (int i=0;i<4;i++) cout << setiosflags(ios_base::left)//左对齐 << setw(6) << names[i] << resetiosflags(ios_base::left) << setw(10) << values[i] << endl;return 0;
}
控制输出精度
• 浮点数输出精度的缺省值是6，例如，数3466.9768显示为3466.98。
• 要改变精度，可以使用setprecision操纵符#include <iomanip>。
• 如果不指定fixed或scientific，精度值表示有效数字位数。
• 如果设置了ios_base::fixed或ios_base::scientific精度值表示小数点之后的位数。
代码举例1：
#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{ double values[] = { 1.23, 35.36, 653.7, 4358.24 }; string names[] = { "Zoot", "Jimmy", "Al", "Stan" }; for (int i=0;i<4;i++) cout << setiosflags(ios_base::left) //以定点格式显示浮点数值<< setw(6) << names[i] << resetiosflags(ios_base::left)//清除左对齐设置 << setw(10) << setprecision(1) << values[i] << endl; return 0;
}
执行结果：
说明：此处未指定fixed或scientific，精度值表示有效数字位数。
代码举例2：
#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{ double values[] = { 1.23, 35.36, 653.7, 4358.24 }; string names[] = { "Zoot", "Jimmy", "Al", "Stan" }; cout << setiosflags(ios_base::fixed); for (int i=0;i<4;i++) cout << setiosflags(ios_base::left) << setw(6) << names[i] << resetiosflags(ios_base::left)//清除左对齐设置 << setw(10) << setprecision(1) << values[i] << endl; return 0;
}
执行结果：
2.3 文件输出流成员函数
输出流成员函数有三种类型：
▫ 与操纵符等价的成员函数。
▫ 执行非格式化写操作的成员函数。
▫ 其它修改流状态且不同于操纵符或插入运算符的成员函数。
包括以下函数：
• open函数：把流与一个特定的磁盘文件关联起来，需要指定打开模式。
• put函数：把一个字符写到输出流中。
• write函数：把内存中的一块内容写到一个文件输出流中
• seekp和tellp函数：操作文件流的内部指针
• close函数：关闭与一个文件输出流关联的磁盘文件
• 错误处理函数：在写到一个流时进行错误处理
二进制输出文件
• 使用ofstream构造函数中的模式参量指定二进制输出模式
• 以通常方式构造一个流，然后使用setmode成员函数，在文件打开后改变模 式。
代码举例：向文件以二进制输出
#include <fstream>
using namespace std;
struct Date
{ int mon, day, year;
};
int main()
{ Date dt = { 6, 10, 92 }; ofstream file("date.dat", ios_base::binary); //二进制 file.write(reinterpret_cast<char *>(&dt),sizeof(dt)); file.close(); return 0;
}
字符串输出流（ ostringstream ）
• 用于构造字符串
• 功能
▫ 支持ofstream类的除open、close外的所有操作
▫ str函数可以返回当前已构造的字符串
• 典型应用
▫ 将数值转换为字符串
代码举例：用ostringstream将数值转换为字符串
#include <iostream>
#include <sstream>
#include <string>
using namespace std;
template <class T>
//函数模板toString可以将各种支持 “<<“插入符的类型的对象转换为字符串
inline string toString(const T &v)
{ ostringstream os; //创建字符串输出流 os << v; //将变量v的值写入字符串流 return os.str(); //返回输出流生成的字符串
}
int main()
{ string str1 = toString(5); cout << str1 << endl; string str2 = toString(1.2); cout << str2 << endl; return 0;
}
执行结果：
3. 输入流
重要的输入流类：
▫ istream类最适合用于顺序文本模式输入，cin是其实例。
▫ ifstream类支持磁盘文件输入。
▫ istringstream
3.1 构造输入流对象
• 如果在构造函数中指定一个文件名，在构造该对象时该文件便自动打开。 ifstream myFile("filename");
• 在调用默认构造函数之后使用open函数来打开文件。
ifstream myFile;//建立一个文件流对象
myFile.open("filename"); //打开文件"filename”
• 打开文件时可以指定模式
ifstream myFile("filename", ios_base::in | ios_base::binary);
3.2 使用提取运算符
• 提取运算符(>>)对于所有标准C++数据类型都是预先设计好的。
• 是从一个输入流对象获取字节最容易的方法。
• ios类中的很多操纵符都可以应用于输入流。但是只有少数几个对输入流对象具有实际影响，其中最重要的是进制操纵符dec、oct和hex。
3.3 输入流相关函数
• open函数把该流与一个特定磁盘文件相关联。
• get函数的功能与提取运算符（>>）很相像，主要的不同点是get函数在读入 数据时包括空白字符。
• getline函数的功能是从输入流中读取多个字符，并且允许指定输入终止字符，读 取完成后，从读取的内容中删除终止字符。
• read成员函数从一个文件读字节到一个指定的内存区域，由长度参数确定要读 的字节数。
如果给出长度参数，当遇到文件结束或者在文本模式文件中遇到文件结束标记 字符时结束读取。
• seekg函数用来设置文件输入流中读取数据位置的指针。
• tellg函数返回当前文件读指针的位置。
• close函数关闭与一个文件输入流关联的磁盘文件。
get函数应用举例
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{ char ch; while ((ch = cin.get()) != EOF) //ctrl+z表示结束输入cout.put(ch); return 0;
}
getline函数应用举例：为输入流指定一个终止字符
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{ string line; cout << "Type a line terminated by 't' " << endl; getline(cin, line, 't'); cout << line << endl; return 0;
}
getline函数头文件：#include < string >
getline函数原型：
istream& getline(istream &is, string &str, char delim );
其中，istream &is 表示一个输入流，譬如cin；
string&str表示把从输入流读入的字符串存放在这个字符串中（可以自己随便命名，str什么的都可以）；
char delim表示遇到这个字符停止读入，在不设置的情况下系统默认该字符为’\n’，也就是回车换行符（遇到回车停止读入）。
从一个payroll文件读一个二进制记录到一个结构中
#include <iostream>
#include <fstream>
#include <cstring>
using namespace std;
struct SalaryInfo
{ unsigned id; double salary;
};
int main()
{ SalaryInfo employee1 = { 600001, 8000 }; ofstream os("payroll", ios_base::out | ios_base::binary); os.write(reinterpret_cast<char *>(&employee1), sizeof(employee1)); os.close();ifstream is("payroll", ios_base::in | ios_base::binary); if (is) { SalaryInfo employee2; is.read(reinterpret_cast<char *>(&employee2), sizeof(employee2)); cout << employee2.id << " " << employee2.salary << endl; } else { cout << "ERROR: Cannot open file 'payroll'." << endl; } is.close(); return 0;
}
用seekg函数设置位置指针
int main()
{ int values[] = { 13, 127, 0, 5, 4 }; ofstream os("integers", ios_base::out | ios_base::binary); os.write(reinterpret_cast<char *>(values), sizeof(values)); os.close();ifstream is("integers", ios_base::in | ios_base::binary); if (is) { is.seekg(3 * sizeof(int)); int v; is.read(reinterpret_cast<char *>(&v), sizeof(int)); cout << "The 4th integer in the file 'integers' is " << v << endl; } else cout << "ERROR: Cannot open file 'integers'." << endl;return 0;
}
读一个文件并显示出其中0元素的位置
int main()
{ ifstream file("integers", ios_base::in | ios_base::binary); if (file) { while (file) //读到文件尾file为0{ streampos here = file.tellg(); int v; file.read(reinterpret_cast<char *>(&v), sizeof(int)); if (file && v == 0) cout << "Position " << here << " is 0" << endl; } } elsecout << "ERROR: Cannot open file 'integers'." << endl;file.close(); return 0;
}
4. 字符串输入流（ istringstream）
• 用于从字符串读取数据
• 在构造函数中设置要读取的字符串
• 功能 ：支持ifstream类的除open、close外的所有操作
• 典型应用 ：将字符串转换为数值
代码举例：用istringstream将字符串转换为数值
//头文件省略
template <class T>
inline T fromString(const string &str)
{ istringstream is(str); //创建字符串输入流 T v; is >> v; //从字符串输入流中读取变量v return v; //返回变量v
}
int main()
{ int v1 = fromString<int>("5"); cout << v1 << endl; double v2 = fromString<double>("1.2"); cout << v2 << endl; return 0;
}
5. 输入/输出流
• 一个iostream对象可以是数据的源或目的。
• 两个重要的I/O流类都是从iostream派生的，它们是fstream和stringstream。 这些类继承了前面描述的istream和ostream类的功能。