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。

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