C++ Primer

第二部分 C++标准库

随着C++版本的一次次修订，标准库也越来越强大，这部分我们要介绍标准库中一些大家都应该知道的比较常用的东西。
到底什么叫标准库呢？其实标准库的核心就是很多容器类和一族泛型算法（数据结构加算法），这些东西能帮助我们编写简洁高效的程序，我们只要把精力放在求解的问题上就好了。

IO库

C++是通过标准库中的IO库来处理输入输出的，本章就是来介绍这个IO的，之前也学了一些，就是cin之类的。接下来就系统地学一下，彻底搞定这个IO。
IO就是Input和Output。

不要认为这一章很简单，它里面有很多东西要学的，我开始看的时候觉得这一章没啥，现在看来还是要好好理解下的：

我们先来看看我们已经学到过的一些IO库设施：

• istream输入流类，提供输入操作
• cin, istream对象，从标准输入读取数据
• 运算符>>，用来从istream对象中读取输入数据
• getline函数，从一个给定的istream读取一行数据，存入一个给定的string对象中

• ostream输出流类型，提供输出操作
• cout，ostream对象，向标准输出写入数据
• cerr，ostream对象，用于输出程序错误信息，写入到标准错误
• 运算符<<，用来向一个ostream对象写入数据

IO类

为了支持不同种类的IO处理操作，除了iostream之外，C++还定义了两个类，我们索性三个一起说了：

1. iostream定义了用于读写流的基本类型
2. fstream定义了读写命名文件的类型
3. sstream定义了读写内存string对象的类型

   graph LR
   iostream-->istream-ostream
   

   graph LR
   fstream-->ifstream-ofstream
   

   graph LR
   sstream-->istringstream-ostringstream
   

   ifstream和istringstream都继承自istream，先不用管继承什么意思，只要记住我们怎么用istream，就怎么用其他两个。

IO对象不能拷贝或赋值

这是规定，所以我们一般都用引用，来几个错误例子示范：

ofstream o1, o2;
o1 = o2; //错误：不能赋值

ofstream print(ofstream); //错误：这里是一个print声明，
//后一个ofstream会被初始化，就是拷贝，不行
//前一个是返回类型，返回的时候也会拷贝，不行

记住两个不能：

1. 不能拷贝IO对象，所以不能把它们用作形参或返回类型，一般我们就用引用
2. 读写IO对象会改变它的状态，所以它的引用不能是const的 总之，只能是通过普通引用的方式来使用它。

条件状态

IO操作一个与生俱来的问题就是错误，因为你的用户不会那么听话。IO类定义了一些函数和标志来帮我们处理这个问题。我们慢慢介绍（原书在P279-P280）
来个错误示范：

int a;
cin >> a;

这个代码是没问题的，但是，用户没有输入数字，而是输入了字母。这样cin就会进入错误状态，一旦一个流发生错误，后续的所有Io操作都会失败，所以啊，代码通常应该在使用一个流之前检查它是否处于良好状态，比较简单的做法是把它当作条件：

while(cin >> a)
{
    ...//读操作成功后再执行
}

查询流的状态

我们前面讲流作为条件使用，只能告诉我们一个结果，无法告诉我们具体发生了什么。

IO库定义了一个与机器无关的iostate类型，它提供了表达流状态的完整功能。具体的用到再查把，只要记住它有一个iostate来表示遇到的问题。

管理条件状态

来一段代码看看如何管理条件状态

auto old _state = cin.rdstate(); //调用rdstate记住cin的当前状态
cin.clear(); //调用clear函数使cin有效
process_input(cin); //使用cin
cin.setstate(old_state); //将cin置为原有状态

clear()会清除所有错误标志位（复位）。

clear还有一个接受一个参数的版本，下面的代码只复位failbit和badbit：

cin.clear(cin.rdstate() & ~cin.failbit & ~cin.badbit); //括号内为位运算

管理输出缓冲

每个输出流都管理一个缓冲区，用来保存程序读写的数据，例如：

os << "sss";

文本串可能立即打印，也可能***作系统保存在缓冲区中随后再打印。有了这么一个缓冲机制，操作系统就可以将程序的多个输出操作组合成单一的系统级写操作。

导致缓冲刷新（就是数据真正写到输出设备或文件中）的原因有很多：

• 程序正常结束，作为main函数的return操作的一部分，缓冲刷新被执行
• 缓冲区满了，所以要刷新缓冲，以便后来的数据能继续写入缓冲
• 使用例如endl的操作符来显式刷新缓冲区
• 在每个输出操作后，我们可以用unitbuf设置流的内部状态来清空缓冲区。对于cerr来说，unitbuf是默认设置的，因此写到cerr的内容都是立即刷新的
• 一个输出流关联到另一个流时，当读写被关联的流时，关联到的流的缓冲区自动刷新。例如，默认情况下，cin和cerr都关联到cout，因此读cin或者写cerr都会导致cout的缓冲区被刷新

刷新输出缓冲区

有三个显式刷新的符：

cout << "你大爷" << endl; //输出你大爷和换行，然后刷新缓冲区
cout << "你大妈" << flush; //输出你大妈，然后刷新缓冲区
cout << "你大伯" << ends; //输出你大伯和一个空字符，然后刷新缓冲区

神器一直刷新缓冲区-unitbuf操作符

看代码就懂系列：

cout << unitbuf;
//接下来的所有输出都立即刷新，无缓冲
cout << nounitbuf //恢复正常的缓冲方式

关联输入和输出流

cin >> a;

这句话会刷新缓冲区，为啥呢，前面说过，标准库将cout和cin关联起来，所以从cin中读取数据会刷新cout缓冲区。

这是系统设置的关联流，下面介绍一下我们如何自己设置关联流，要借助一个函数tie。

ostream *old_tie = cin.tie(nullptr);
//原来cin与cout是默认关联，现在cin不再与其他流关联

cin.tie(&cerr); //cin现在与cerr关联，读取cin会刷新cerr而不是cout了

cin.tie(old_tie); //恢复常态

每个流同时最多关联到一个流，但一个ostream可以同时被多个流关联。