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零、前言

本章将学习和掌握C++的IO流的知识以及与C语言IO流做一个对比

一、C语言的输入输出

• 概念：

C语言中我们用到的最频繁的输入输出方式就是scanf ()与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)（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

• 示图：

• 对输入输出缓冲区的理解：

1. 可以屏蔽掉低级IO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

2. 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”

二、什么是流

• 概念：

1. “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

2. 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”

• 特性：

有序连续、具有方向性

注：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

三、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

• 示图：

四、C++标准IO流

• 标准IO流对象：

C++标准库提供了4个全局流对象cin、cout、cerr、clog

注：在使用时候必须要包含文件并引入std标准命名空间

• 介绍：

1. 使用cout进行标准输出，即数据从内存流向控制台(显示器)

2. 使用cin进行标准输入即数据通过键盘输入到程序中

3. 使用cerr用来进行标准错误的输出

4. 使用clog进行日志的输

• 建议：

1. C++尽量去用cin和cout，能用它就用他(便捷，不易出错)

2. 用cout和cin不方便的地方，再去用scanf和printf（如对于输出格式有特别需求的）

• 注意：

1. cout、cerr、clog是ostream类的三个不同的对象，但是基本没有区别，只是应用场景不同

2. cin为缓冲流

   • 解释：

   键盘输入的数据保存在缓冲区中，当要提取时，是从缓冲区中拿如果一次输入过多，会留在那儿慢慢用，如果输入错了，必须在回车之前修改，如果回车键按下就无法挽回了；只有把输入缓冲区中的数据取完后，才要求输入新的数据

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中对应位置位

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

• 注意：

1. 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

2. 如果需要只以\n作为结束符，可以使用getline

\4. cin和cout可以直接输入和输出内置类型数据

原因：标准库已经将所有内置类型的输入和输出全部重载了

注：对于自定义类型，如果要支持cin和cout的标准输入输出，需要对<<和>>进行重载

6. 循环输入

• 示例：

// 单个元素循环输入
while(cin>>a)
{
    // ...
}
// 多个元素循环输入
while(c>>a>>b>>c)
{
    // ...
}
// 整行接收
while(cin>>str)
{
    // ...
}

注：我们知道cin的返回值是输入流，这里可以作为条件判断的原因是，C++重载了operator bool（），要进行布尔判断时，会自动调用该函数进行返回值强制类型转化，再判断是否继续执行

除此之外，自定义类型也可以直接做条件逻辑判断

• 示例：

// evaluating a stream
#include <iostream>     // std::cerr
#include <fstream>      // std::ifstream

int main () {
  std::ifstream is;
  is.open ("test.txt");
  if (is) {
    // read file
  }
  else {
    std::cerr << "Error opening 'test.txt'\n";
  }
  return 0;
}

注：operator bool () 提供一个本类型到bool的隐式转换，不允许使用参数（这样的重载是一个特例，与operator new类似）

五、C++文件IO流

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：

1. 定义一个文件流对象
   ifstream ifile(只输入用)
   ofstream ofile(只输出用)
   fstream iofile(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

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

4. 关闭文件

• 示例：

#include<iostream>
#include <fstream>
using namespace std;

// 使用文件IO流用文本及二进制方式演示读写配置文件
struct ServerInfo
{
    char _ip[32]; // ip
    int _port; // 端口
};
struct ConfigManager
{
public:
    ConfigManager(const char* configfile = "cfserver.config")
        :_configfile(configfile)
    {}

    void WriteBin(const ServerInfo& info)
    {
        // 这里注意使用二进制方式打开写
        ofstream ofs(_configfile, ifstream::out | ifstream::binary);
        ofs.write((const char*)&info, sizeof(ServerInfo));
        ofs.close();
    }

    void ReadBin(ServerInfo& info)
    {
        // 这里注意使用二进制方式打开读
        ifstream ifs(_configfile, ifstream::in | ifstream::binary);
        ifs.read((char*)&info, sizeof(ServerInfo));
        ifs.close();
    }

    void WriteText(const ServerInfo& info)
    {
        // 这里会发现IO流写整形比C语言那套就简单多了，
        // C 语言得先把整形itoa再写
        ofstream ofs(_configfile);
        ofs << info._ip << endl;
        ofs << info._port << endl;
        ofs.close();
    }

    void ReadText(ServerInfo& info)
    {
        // 这里会发现IO流读整形比C语言那套就简单多了，
        // C 语言得先读字符串，再atoi
        ifstream ifs(_configfile);
        ifs >> info._ip;
        ifs >> info._port;
        ifs.close();
    }
private:
    string _configfile; // 配置文件
};
int main()
{
    ConfigManager cfgMgr;
    ServerInfo wtinfo;
    ServerInfo rdinfo;
    strcpy(wtinfo._ip, "127.0.0.1");
    wtinfo._port = 80;
    // 二进制读写
    cfgMgr.WriteBin(wtinfo);
    cfgMgr.ReadBin(rdinfo);
    cout << rdinfo._ip << endl;
    cout << rdinfo._port << endl;
    // 文本读写
    cfgMgr.WriteText(wtinfo);
    cfgMgr.ReadText(rdinfo);
    cout << rdinfo._ip << endl;
    cout << rdinfo._port << endl;
    return 0;
}

• 结果：

注：相比于C语言方便很多，不用控制格式

六、stringstream的介绍和使用

• 引入：

在C语言中将一个整形变量的数据转化为字符串格式的方式有：

1. 使用itoa()函数

2. 使用sprintf()函数

• 注意：

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

• 示例：

void test()
{
    int n = 123456789;
    char s1[32];
    _itoa(n, s1, 10);
    char s2[32];
    sprintf(s2, "%d", n);
    char s3[32];
    sprintf(s3, "%f", n);
}

在C++中，对此问题引入了stringstream类

• 注意：

使用时需包含头文件sstream，在sstream头文件下，标准库三个类：istringstream、ostringstream 和 stringstream，分别用来进行流的输入、输出和输入输出操作

• stringstream作用：

1. 将数值类型数据格式化为字符串

• 示例：

#include<sstream>
void test_stringstream1()
{
    int a = 12345678;
    string sa;
    // 将一个整形变量转化为字符串，存储到string类对象中
    stringstream s;
    s << a;
    s >> sa;
    cout << sa << endl;
    // 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
    s.str("");
    s.clear(); // 清空s, 不清空会转化失败
    double d = 12.34;
    s << d;
    s >> sa;
    string sValue;
    sValue = s.str(); // str()方法：返回stringsteam中管理的string类型
    cout << sValue << endl;
}

• 结果：

2. 字符串拼接

• 示例：

void test_stringstream2()
{
    stringstream sstream;
    // 将多个字符串放入 sstream 中
    sstream << "first" << " " << "string,";
    sstream << " second string";
    cout << "strResult is: " << sstream.str() << endl;
    // 清空 sstream
    sstream.str("");
    sstream << "third string";
    cout << "After clear, strResult is: " << sstream.str() << endl;
}

• 结果：

• 注意：

1. 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

2. 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

3. 可以***tr("")方法将底层string对象设置为""空字符串

4. 可以***tr()将让stringstream返回其底层的string对象

5. 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