输入和输出概述

多数计算机语言的输入和输出是以语言本身为基础实现的，C和C++都没有将输入和输出建立在语言中，他们的关键字不包括I/O有关的内容。那么问题来了，他们是如何实现输入和输出的呢？
C语言：通过自带的标准函数库又称作标准输入输出软件包来实现（包含在头文件stdio.h中）。
C++语言：通过自带的标准类库来实现（包含在头文件iostream和fstream中）。

1、CPP输入输出的管理：

（1）数据的传递
流：CPP将输入输出数据的传输看作是字节流，通过建立输入、输出流类库，使用流对象完成数据传递，类可以把流看成是水管（或者说里面的水更形象）。流与程序和文件相关联，从流对象中取数据称为提取，向流对象中放数据称为插入。
数据的来源位置有：文件、程序、键盘（也是文件）。
数据的去向位置有：文件、程序、显示器和打印机（也是文件）。
《图示》

Tips：实际上，文件输出流对象一端连接内存程序，另一端只用到与文件关联，如果需要与显示器关联则使用cout,需要与本程序其他变量关联，直接赋值就可以。关联方法Open(“参数”)的参数目前只知道是文件名字。文件输入流一端关联程序，另一端同上也只是用到文件。
数据在来源位置和去向位置间的传输需要借助流来完成，流是传输的桥梁。输入（输出类似）的管理都包括两个过程：1-将流（看成是水管）的一端与内存程序连接。2-将流的另一端与文件（磁盘文件或键盘）或其他程序连接。CPP程序仅检查字节流，不关心其来去向，因此可以使用相同的方式方法处理来自文件或者键盘的数据。
（2）数据的缓冲
缓冲的目的：匹配不同的信息传输速率，提高效率
程序每次只能处理一个字节的信息，而磁盘通常以512或更多的块为单位传输信息，所以数据传递时，通常是在内存开辟一段缓冲区，从磁盘向缓冲区传输较多数据，程序再逐一和缓冲区之间进行传输。这样不仅解决了传输速率不一致的问题，更提高了传输效率，因为程序每次从外部磁盘读取数据会有较多的硬件活动，开销较大。

2、流类库

管理流和缓冲区比较复杂，CPP的流类库包含了一些专门实现、管理流和缓冲区的类，这样很多实现不需要使用者处理，简化流对象的使用。流类库中部分类间继承关系如下图：
Istream、ostream、iostream是标准输入输出设备有关的输入流类，输出流类和输入输出流类，Ifstream、ofstream、fstream类是文件有关的流类，图中箭头表示向下派生，iostream类继承了istream和ostream的类方法，fstream又继承了iostream类方法，且同时包含了ifstream和ofstream中的函数方法。因此，头文件中只需要#intclude,或者#include即可，同时注意，文件流对象可以使用标准IO流对象的输入输出方法。
以下是部分类的功能：
Streambuf类：为缓冲区提供内存，提供用于填充缓冲区、访问缓冲区、刷新缓冲区和管理缓冲区内存的类方法。Tips；建立流对象时自动创建缓冲区并与流关联起来，不需要我们处理。
Ios_base类:表示流的一般特征，包括是否可以读是二进制还是文本流等。
Ios类:基于ios_base类，其中包括一个指向streambuf对象的指针成员。

3、流对象的建立和使用及输入输出的实现

要实现数据在内存和文件之间流动，（1）首先要建立流对象这个桥梁，（2）再将流对象的“两端”分别与文件和程序关联起来，（3）随后便可以使用流对象对应的类成员函数（包括哪些呢，后文介绍）进行数据处理了。
使用标准输入和输出不需步骤（1）和步骤（2），程序include后将自动创建8个流对象cin、cout、cerr、clog（4个用于窄字符流，4个用于宽字符流）。Cin的数据来源位置自动与键盘关联，去向位置就是程序。Cout的数据去向位置自动和显示器关联，来源位置与程序关联。
使用文件输入输出时，步骤（1）-（3）都需要我们自己来完成，不够步骤（1）和步骤（2）可以分别完成也可以合并成一步来完成。（文件通常是存储在某种设备磁带、光盘、软盘、硬盘上的一些列字节）具体见如下程序示例：

#include<iostream>
#include<fstream>
using namespace std;
int main()
{char c;int testint=101;ofstream file("test.txt");//将步骤（1）（2）合并，并指定文件打开模式//ofstream file;         //步骤（1）：创建文件输出流对象。//file.open("test.txt");//  步骤（2）：将流对象与文件关联，文件不存在就创建。file << "成功写入文件,";// 步骤（3）调用ostream成员函数ostream& operator<<(const char*)file.close(); //断开流对象与文件的关联，该流对象后面还可和其它文件关联。file.open("test.txt", ios::app); //指定文件打开模式模式：不清除数据，继续追加。。file << "接着上一句，又写入一句!";file.close();ifstream file2("test.txt");////ifstream file2;//file2.open("test.txt");while (file2.get(c)) //知：点get(void) 和get(char*)返回值的区别及作为bool时的返回值。cout << c;cout << endl;//  file<<testint<<endl; //不报错，显示其也不现实，流一端没有与显示器关联。return 0;
}// read（reinterpret_<cast>(char*), int）和write(reinterpret_<cast>(char*), int)的使用。
//非格式化输入输出，按照内存存储形式直接读写。
//文件—>程序， read()：（1）创建流，（2）流与文件关联（3）使用read()以程序变量为参数
将数据读入。
//程序—>文件，write():（1）创建流，（2）流与文件关联（3）使用write()以程序变量为参数
写数据。
#include<iostream>
#include<fstream>
using namespace std;
class dog//write和read是非格式化输入输出，不对数据进行处理，按内存存储状态直接复制出来，一般用哪种模式写的，就要用哪种模式读，纯文本类可以写入，带指针的就不能原样读不出来了。
{private:int weight;int age;
public:dog(){}dog(int w, int a) :weight(w), age(a){}int getage(){ return age; }int getweight(){ return weight; }~dog(){}
};
// write()和read()函数。
int main()
{dog d1(5, 10);ofstream file1("test.txt");file1.write((char*)&d1, sizeof(d1));// reinterpret_cast<char*>都是从程序写入，只不过一个使用<<直接操作字符串，一个相当于把字符串放进变量后再使用write向文件写。file1.close();ifstream file2("test.txt");if (!file2) {cout << "unable to open the file" << endl;return (1);}dog d2;file2.read((char*)&d2, sizeof(d2));cout << "weight:" << d2.getage() << "\t age:" << d2.getweight() << endl;return 0;
}

4、Ostream对象cout及其部分类方法

cout用于向显示器传送数据，数据在内存中的组织形式是多样的，可以是16进制或2进制值表示，相同类型数据在不同系统的存储位数也不同。但程序将字节流发送给屏幕的方式是固定的，一个字节表示一个字符值，显示-1.2需要3个字符，而不是这个值的64位内存表示。
因此：ostream类的重要作用：将数值类型（int/float等，内存2进制表示）转换为以文本形式（字符字节）表示的字符流。（通过多个“<<””>>”操作符重载类方法实现）。
istream类的重要作用: 根据其接收值的变量类型，通过类方法将字符序列转换为对应的类型。

4.1 左移（“<<”）、右移(“>>”)操作符的重载

cout<<variable；可以使用这样的形式对变量进行输出是因为ostream类对左移操作符进行了重载。函数原型：ostream& operator<<(各种type, 包括char*)重载函数的返回类型是类的引用，这样可以实现连续（拼接）输出。
使用”<<”对字符串进行输出时要记得：C++使用字符串存储位置的地址表示字符串，指针形式包括数组名、指向字符串的显示指针、或引号括起来的字符串。因此可以使用cout<<采用以上三种形式输出字符串，输出根据字符串终止符停止显示。其他类型的指针C++将其对应于void*,并打印地址的数值表示，要打印字符串指针变量的地址，可以将其强制转换为void类型再输出。Char point=”abc”;cout<<(void*)point;。

4.2 Ostream包含的常用方法（供cout流对象调用）：

1） ostream& operator<<(各种内置类型,包括指针)：输出各种标准数据类型。
2） ostream& put(char ):用于输出字符。
3） basic_ostream<char T, traits>&write(const char_type* s, streamsize n):用于显示字符串。使用cout调用时将调用char具体化，因此返回类型为ostream&，即cout对象。
使用write()输出字符型数据是可以的，因为一个字符对应一个ASCII码，在内存中就是一个个独立存在的，数值型就不可以，因为write()就是将内存中指定的字节数一个一个的复制到文件中不做任何转换（所以有reinterprete_cast<char*>( )），数值的进位机制等不被考虑，会将进位后的内存二进制排列直接复制出去，此时使用如下：

所以说write（）一般只用于向文件输出。
用文件流对象调用write()时，可以指定文件打开模式为二进制存储，即open时候添加ios_base：：binary参数，二进制存储数字无转换和舍入误差。不管是用默认的文本模式还是显式参数的二进制模式写文件，都要用相同的模式来读该文件，这样数据不会出现错误和混乱。

5、 istream对象cin及其部分类方法

1）istream &operator>>(type &); 格式化输入函数，因它们可以将输入数据转换为目标指定格式而得名。不同于输出，参数也是引用。输入时自动跳过空白（空格、回车、tap）。
2）int get(void); 单字符输入，
3） istream& get(char&)：单字符输入，可拼接：char c1,c2,c3; cin.get(c1)>>get(c2).>>c3;不跳过空白。
4） istream& getline(char*, int ); 默认将换行符用作分节符。
5) istream& getline(char*, int, char );参数定义：（用于放字符串的内存单元地址，要读取最大字符数量+1【\0占一个】，指定用作分节符的字符）
6） istream& get(char*, int );
7) istream& get(char*, int, char );
读取整行时，get()和getline()的主要区别是：get()将换行符留在输入流中，而getline()将提取并丢弃输入流中的换行符。
8）istream& read():读取指定数目字节，并存储在指定位置中。char a[20],b[30];cin.read(a,20).read(b,30);
这些Get()和getline()函数被称为非格式化输入函数，因为他们只是读取字符输入，而不会跳过空白，也不进行数据转换。

6、与while()循环相关的判定句

（1）While(Cin.get(ch))或While(fin.get(ch))语句：
正常输入时，返回值是cin对象，此时循环判定结果为true，到达文件尾时返回值判定值为false。Fin为文件流对象。
（2）Int ch; While(ch=cin.get()!=EOF)或While(ch=fin.get()!=EOF)语句：
到达真正或者模拟文件尾时，函数都将返回EOF，EOF是iostream都文件提供的一个符号常量。
（3）fin.open(“test”),if(!fin)…
Ifstream和istream对象在放在需要bool类型的地方时，被转换为bool值。这是因为Fin文件流用于测试条件时，可以通过检查流状态来判断最后一个流操作是否成功，流状态是一些值为0或者1的数据成员，相应数据在测试判定时作为false和true来判定。最新C++推荐使用更完备的is_open（）函数，即if(!fin.is_open())。

7. 命令行处理技术

Int main(int argc, char *argv[])
Argc:参数个数，包括命令。 Argv[]:指向指针的指针，即指向一个指向char的指针。Argv[0]指向存储第一个命令行参数的字符串的第一个字符。

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