C++ I/O进阶 C/C++中I/O进阶详解及其作用介绍

概述

C++ 的输入 (input stream) 和输出 (output stream)是由若干字节组成的字节序列, 使得数据按顺序从一个对象传送到另一对象. 流 (stream) 表示量信息从源到目的端的流动.

C++ 的输入输出包括:

标准 I/O: 对系统指定的标准设备的输入

文件 I/O: 对磁盘文件的输入和输出

串 I/O: 对内存中指定的空间进行的输入和输出

I/O 类库

I/O stream 类库:

头文件是程序与类库的接口, iostream 类库的接口分别由不同的文件来实现.

常用的头文件:

iostream: 包含对 I/O 进行操作的基本信息

fstream: 用于用户管理的文件的 I/O 操作

strstream: 用于字符串流的 I/O 操作

stdiostream: 用于混合使用 C 和 C++ 的 I/O 机制

iomanip: 使用格式化 I/O 时的操作

I/O 中的重载

在之前的文章中我们使用<<和>>来实现控制台的输出和输入.

<<和>>被重载来用于标准类型数据的输出和输入:

• <<和>>本来是 C++ 中的左位移运算符和右位移运算符
• 在 iostream 头文件中<<和>>被重载了
• 在使用<<和>>的时候, 我们必须#include <iostream>

在 input stream 和 output stream 类中对位移运算符<<和>>进行重载的成员函数, 包括:

• ostream operator << (int );
• ostream operator << (float );
• ostream operator << (char );
• ostream operator << (char *);

注: 想将<<和>>用于自己声明的类型数据必须对<<和>>进行重载.

流对象

I/O stream 头文件还定义了 4 种流对象:

• cin: 从标准输入设备输入到内存的数据流对象, 称- 为 cin 流或标准输入流
• cout: 从内存输出到控制台的数据流对象, 称为 cout 流或标准输出流
• cerr 和 clog: 向控制台输出错误信息

例如:

当我们从键盘输入 “World”, cin 会把字符串存入内存, 当我们调用 cout, 内存中的 “World” 就被输出到控制台上.

标准输入流

标准输出流, 是流向标准输出设备的数据. ostream 类定义了 3 个输出流对象: cout, cerr, clog.

cin 流对象

cin 是 istream 类的对象, 从标准输入设备获取数据. 程序中的变量通过流提取符>>从 cin 流中提取数据:

流提取符>>从流中提取数据时, 通常跳过流中的空格, tab 键, 换行符等空白字符

只有在输入完数据再按回车键后, 该行数据才被送入键盘缓冲区, 形成输入流. 提取运算符>>才能从中提取数据

程序将从键盘缓冲区中连续的获得数据

当遇到无效字符或文件结束符^Z时, cin 无法正常提取数据, 处于出错状态, 返回 0 值 (false)

案例

输入个数不确定的成绩:

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

int main() {
    // 定义变量
    double grade;
    cout << "enter your grade:\n";
    while (cin >> grade){
        if(grade >= 85){
            cout << grade << " Good!" << endl;
        }
        if(grade < 60){
            cout << grade << " fail" << endl;
        }
        cout << "enter your grade:\n";
    }
    cout << "The end." << endl;

    return 0;
}

输出结果:

enter your grade:
90
90 Good!
enter your grade:
12
12 fail
enter your grade:
^Z
The end.

get 函数

不带参数的 get 函数:

cin.get()

• 从输入流中提取一个字符, 返回读入的字符
• 遇到输入流中的文件结束符, 则返回 EOF (End Of File)

有一个参数的 get 函数:

cin.get(c)

• 从输入流中读取一个字符, 赋值给字符变量 c
• 读取成功返回真, 失败或遇到文件结束符返回 0 (false)

有 3 个参数的 get 函数:

cin.get(字符数组或指针, n, 终止字符)

• 从输入流中读取 n-1 个字符, 赋值给指定的字符数组
• 若在读取 n-1 个字符之前遇到指定的终止字符, 则提前结束读取
• 读取成功函数返回真, 失败返回 0 (false)

getline 函数

getline 函数的作用是从输入流中读取一行字符. 例如:

istream &getline(char *buffer, streamsize num );
istream &getline(char *buffer, streamsize num, char delim );

getline 函数用于输入流, 读取字符到 buffer 中, 直到:

• num-1 个字符已经读入
• 碰到一个换行标志
• 碰到一个 EOF
• 读到字符 delim

注: getline 函数遇到空白字符不结束.

eof 函数

eof (End Of File) 表示文件结束. 从输入流读取数据如果达到文件末尾或遇到文件结束符时, eof 函数的值为非零值 (true), 否则为 0 (false)

cout 流对象

cout 是 console input 的缩写, 意为在控制台的输出:

• cout 不是 C++ 预定义的关键字, 它是 ostream 流类的对象, 在 iostream 中定义
• “cout <<” 输出基本类型的数据时, 可以不必考虑数据是什么类型,系统会判断数据的类型, 并根据其类型选择调用与之匹配的运算符重载函数
• cout 流在内存中对应开辟了一个缓冲区, 用来存放流中的数据, 当向 cout 流插入一个 endl 时, 立即输出流中所有数据, 然后插入一个换行符, 并刷新流 (清空缓冲区)
• cout.flush(); 输出流中所有数据, 刷新缓冲区

cerr 流对象

cerr 流对象是标准错误流, 被指定为与显示器关联. cerr 的作用是想标准组错误设备 (standard error device) 输出有关出错信息.

cerr 和 cout 的区别:

• cout 流通常是传送到显示器输出, 但也可以被重新定向输出到磁盘文件
• cerr 流中的信息只能在显示器输出

cerr 的用途:

• 当调试程序时, 往往不希望程序运行时的出错信息被送到其他文件, 而要求在显示器上及时输出, 这是应该用 cerr
• cerr 流中的信息是用户根据需要指定的
  

案例 (解一元二次方程):

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

int main() {
    double a, b, c, delta;
    cout << "please input a, b, c:\n";
    cin >> a >> b >> c;

    if (a==0){
        cerr << "a is equal to zero, error!" << endl;
    }else if((delta = b*b - 4*a*c) < 0){
        cerr << "delta < 0, error" << endl;
    }else{
        cout << "x1=" << (-b + sqrt(delta)) / (2*a) << endl;
        cout << "x1=" << (-b - sqrt(delta)) / (2*a) << endl;
    }
    
    return 0;
}

输出结果:

clog 流对象

colg 流对象也是标准错误流, 它是 console log 的缩写. clog 的作用和 cerr 相同, 都是在终端显示器上显示出错误信息.

clog 和 cerr 的区别:

• cerr 是不经过缓冲区, 直接向显示器上输出有关信息
• clog 中的信息存放在缓冲区, 缓冲区满后或遇到 endl 时向显示器输出