C++进阶--IO流

一、C语言输入输出

??C语言中我们用到的最频繁的输入输出方式就是scanf()与prinf()。scanf()：从标准输入设备（键盘）读取数据，并将值存放在变量中。printf(0：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。如下图所示：

??对输入输出缓冲区的理解
?? 1.可以屏蔽掉低级I/O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，对于对算机而言是没有“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、C++的流是什么

?? “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。
?? 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”。
?? 它的特性是：有序连续，具有方向性。
为了实现这种流动，C++定义了I/O标准类库，这些每个类都被称为流/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

3.1 C++标准IO流

?? C++标准库提供了4个全局流对象cin、cout、cerr、clog，使用cout进行标准输出，即数据从内存流向控制台（显示器）。使用cin进行标准输入即数据通过键盘输入到程序中，同时C++标准库还提供了cerr用来进行标准错误的输出，以及clog进行日志的输出，从上图可以看出，cout、cerr、clog是ostream类的三个不同的对象，因此这三个对象现在基本没有区别，只是应用场景不同。
在使用时候必须要包含文件并引入std标准命名空间。
注意

1.cin为缓冲流，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，如果回车键按下去就无法挽回了。只有把输入缓冲区中的数据取完后，才要求输入新的数据。
2.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（置1），程序继续。
3.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。但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。
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
5.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.在线OJ中的输入和输出：

• 对于IO类型的算法，一般都需要循环输入；
• 输出：严格按照题目的要求进行，多一个少一个空格都不行
• 连续输入时，vs系列编译器下在输入ctrl+Z时结束

// 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)
{
	// ...
}

7. istream类型对象转换为逻辑条件判断值

istream& operator>> (int& val);
explicit operator bool() const;

实际上我们看到使用while(cin>>i)去流中提取对象数据时，调用的是operator>>，返回值是istream类型的对象，那么这里可以做逻辑条件值，源自istream的对象又调用了operator bool，operator bool调用时如果接收流失败，或者有结束标志，则返回false。

class Date
{
	friend ostream& operator << (ostream& out, const Date& d);
	friend istream& operator >> (istream& in, Date& d);
public:
	Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
		:_year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
	{}
	operator bool()
	{
		// 这里是随意写的，假设输入_year为0，则结束
		if (_year == 0)
			return false;
		else
			return true;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
istream& operator >> (istream& in, Date& d)
{
	in >> d._year >> d._month >> d._day;
	return in;
}
ostream& operator << (ostream& out, const Date& d)
{
	out << d._year << " " << d._month << " " << d._day;
	return out;
}
// C++ IO流，使用面向对象+运算符重载的方式
// 能更好的兼容自定义类型，流插入和流提取
int main()
{
	// 自动识别类型的本质--函数重载
	// 内置类型可以直接使用--因为库里面ostream类型已经实现了
	int i = 1;
	double j = 2.2;
	cout << i << endl;
	cout << j << endl;
	// 自定义类型则需要我们自己重载<< 和 >>
	Date d(2022, 4, 10);
	cout << d;
	while (d)
	{
		cin >> d;
		cout << d;
	}
	return 0;
}

3.2 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：
1.一定一个文件流对象

• 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

#include <fstream>

int main()
{
	std::ofstream ofs("test.txt", ofstream::out | ofstream::app);
	ofs << "hello world";
	ofs << "hello world";

	return 0;
}



class Date
{
	template<class T>
	friend ostream& operator << (ostream& out, const Date& d);
	friend istream& operator >> (istream& in, Date& d);
public:
	Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
		:_year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
	{}

	operator bool()
	{
		// 这里是随意写的，假设输入_year为0，则结束
		if (_year == 0)
			return false;
		else
			return true;
	}

private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

struct ServerInfo
{
	char _address[32];
	//string _address;  //不能用string,二进制读写，读写对象中，不能有string，因为，二进制写对象，写到文件的是string对象及里面指向空间的指针
	//程序结束，指针指向的空间销毁
	//再去文件中读取的时候，读取string，读到一个野指针
	int _port;
	Date _date;
};


struct ConfigManager
{
public:
	ConfigManager(const char* filename)
		:_filename(filename)
	{}

	//二进制读写，读写对象中，不能有string
	void WriteBin(const ServerInfo& info)
	{
		ofstream ofs(_filename, ofstream::out | ofstream::binary);
		ofs.write((char*)&info, sizeof(info));
	}

	void ReadBin(const ServerInfo& info)
	{
		ifstream ifs(_filename, ofstream::in | ofstream::binary);
		ifs.read((char*)&info, sizeof(info));
	}

	//文本读写 C++文本读写更简单
	//文本读写本质，内存中任何类型都是转成字符串在写
	//C语言文本读写很不方便，因为要不断转字符串
	//C++封装了以后就有很大的优势
	void WriteText(const ServerInfo& info)
	{
		ofstream ofs(_filename);
		ofs << info._address<<endl;
		ofs << info._port<<endl;
		//ofs << info._date<<endl;
	}

	void ReadText(ServerInfo& info)
	{
		ifstream ifs(_filename);
		ifs >> info._address;
		ifs >> info._port;
		//ifs >> info._date;
	}

private:
	string _filename; // 配置文件
};


int main()
{
	ServerInfo winfo = { "192.0.0.1", 80, { 2024, 1, 17 } };

	string str;
	cin >> str;
	if (str == "二进制写")
	{
		ConfigManager cm("test.txt");
		cm.WriteBin(winfo);
	}
	else if (str == "二进制读")
	{
		ServerInfo rinfo;
		ConfigManager cm("test.txt");
		cm.ReadBin(rinfo);
		cout << rinfo._address << endl;
		cout << rinfo._port << endl;
		cout << rinfo._date << endl;
	}
	else if (str == "文本写")
	{
		ConfigManager cm("test.txt");
		cm.WriteText(winfo);
	}
	else if (str == "文本读")
	{
		ServerInfo rinfo;
		ConfigManager cm("test.txt");
		cm.ReadText(rinfo);

		cout << rinfo._address << endl;
		cout << rinfo._port << endl;
		cout << rinfo._date << endl;
	}

	return 0;
}

四、stringstream的简单介绍

在C语言中，如果想要将一个整形变量的数据转化为字符串格式，如何去做?

1.使用itoa()函数
2.使用sprintf()函数
??但是两个函数在转化时，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。

int main()
{
	int n = 123456789;
	char s1[32];
	_itoa(n, s1, 10);
	char s2[32];
	sprintf(s2, "%d", n);
	char s3[32];
	sprintf(s3, "%f", n);
	return 0;
}

在C++中，可以使用stringstream类对象来避开此问题。
在程序中如果想要使用stringstream，必须要包含头文件。在该头文件下，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，主要介绍stringstream。
stringstream主要可以用来：

1.将数值类型数据格式化为字符串

#include <sstream>

int main()
{
	//ostringstream oss;
	stringstream oss;
	oss << 100 << " ";
	oss << 11.22 << " ";
	oss << "hello";

	string str = oss.str();
	cout << str << endl;

	//istringstream iss(str);
	stringstream iss(str);
	int i;
	double d;
	string s;
	iss >> i >> d >> s;
	cout << i << endl;
	cout << d << endl;
	cout << s << endl;

	return 0;
}

2.字符串拼接

int main()
{
	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;
	
	return 0;
}

3.序列化和反序列化结构数据

#include <sstream>

class Date
{
	template<class T>
	friend ostream& operator << (ostream& out, const Date& d);
	friend istream& operator >> (istream& in, Date& d);
public:
	Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
		:_year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
	{}

	operator bool()
	{
		// 这里是随意写的，假设输入_year为0，则结束
		if (_year == 0)
			return false;
		else
			return true;
	}

private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};


//序列化和反序列化
struct ChatInfo
{
	string _name;   //名字
	int _id;        //id
	Date _date;     //时间
	string _msg;     //聊天信息
};


int main()
{
	ChatInfo winfo = { "张三",135246,{2022,4,10},"晚上一起看电影吧" };
	stringstream oss;
	oss << winfo._name << " ";
	oss << winfo._id << " ";
	oss << winfo._date << " ";
	oss << winfo._msg ;

	string str = oss.str();
	cout << str << endl;

	stringstream iss(str);
	ChatInfo rinfo;
	iss >> rinfo._name;
	iss >> rinfo._id;
	//iss >> rinfo._date;
	iss >> rinfo._msg;

	cout << "-------------------------------------------------------"
		<< endl;
	cout << "姓名：" << rinfo._name << "(" << rinfo._id << ") ";
	cout << rinfo._date << endl;
	cout << rinfo._name << ":>" << rinfo._msg << endl;
	cout << "-------------------------------------------------------"
		<< endl;
}

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. 多次数据类型转换时，一定要用clear()来清空，才能正确转换，但clear()不会将stringstream底层的string对象清空。
3. 可以使用s.str(“”)方法将底层string对象设置为""空字符串。
4. 可以使用s.str()将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。