对C++I/O库的整理

发表于 | 分类于 |

本想着应付考试，然而考试并没有考。

基本的I/O类库与对象

  • iostream
    • istream、wistream从流读取数据
    • ostream、wostream向流中写入数据
    • iostream、wiostream读写流
  • fstream
    • ifstream、wifstream从文件读取数据
    • ofstream、wofstream向文件写入数据
    • fstream、wfstream读写文件
  • sstream
    • istringstream、wistringstream从string读取数据
    • ostringstream、wostringstream向string写入数据
    • stringstream、wstringstream读写string
  • iomanip：用于指定输入输出流的格式

  为了支持宽字符的语言（即wchar_t类型），io库定义了以w开头的一组类型和对象，比如wcin、wcout分别对应cin、cout。这些用起来和普通字符没什么不同，后面我们就以普通字符为例子。

IO类型间的关系

  IO类型之间存在继承的关系。如下

io类型的关系

  当然，实际上的继承关系远比这复杂。要了解更多，可以看回课本。

  正是因为有了上面的继承关系，一些用于istream、ostream的操作，比如<<、>>也可以用于ifstream、istringstream、ofstream、ostringstream

IO对象无拷贝或赋值

  IO对象无拷贝或赋值！所以我们不能用=对流赋值或拷贝，也不能在函数中使用流参数或返回流，只能使用或返回流的引用或指针。这点格外要注意。

流状态

  由于IO可能发生错误，我们需要一些标志和函数标记或检测流状态。

标志

  ios类中，有一个数据成员，其每一位都对应一种错误状态，称为状态字。具体如下

标识常量 值 含义
goodbit 0x00 状态正常
eofbit 0x01 文件结束
failbit 0x02 IO操作失败，但数据未丢失，可恢复
badbit 0x04 流崩溃，数据丢失，不可恢复

  使用时，记得格式是ios::goodbit，当然，直接用值也行，就是不那么好记。

检查与设置

  以下函数用于检查流状态：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
istream &s=cin;
//检查是否为eofbit，是则返回1，否则返回0
s.eof();

//检查是否为failbit或badbit，是则返回1，否则返回0
s.fail();
!s;

//检查是否为badbit，是则返回1，否则返回0
s.bad();

//检查是否为goodbit，是则返回1，否则返回0
s.good();
*s;

//返回状态字
s.rdstate();

  以下函数用于设置流状态（都是返回void）：

1
2
3
4
5
6
7
8
//复位所有状态位，并将流状态设为有效
s.clear();

//复位所有状态位，并将流状态设为标识常量flags
s.clear(flags)

//单纯地将flags的对应位设为1，并不会清除其他状态
s.setstate(flags)

  关于最后两个函数的区别可以看：clear与setstate的区别

缓冲

  输出流都有一个缓冲区，用来保存程序读写的数据，并直到缓冲区刷新时才写到输出设备或文件。缓冲刷新的时机为：

  • 程序正常结束，main函数的return操作会执行缓冲刷新。

  • 缓冲区满时，只有刷新后数据才能继续写入缓冲区

  • 用操纵符endl、ends、flush来显式刷新，用法为cin<<endl。它们三个的区别是：

    endl：添加一个“换行”，再刷新；

    ends：添加一个“空格”，再刷新；

    flush：不添加额外字符，直接刷新；

  • 用unitbuf来设置不缓存，立即刷新，用法为cin<<unitbuf；若要取消，可用nounitbuf。

  • 一个输出流被关联到另一个流，当读写后面那个流时，刷新原输出流。比如cout与cin关联，当写cin时，刷新cout

格式化输入输出

  标准库定义了一组操纵符来控制流的格式状态，也就是修改数值的输出形式或控制补白的数量和位置。一般来讲，操纵符都是“设置”/“复原“成对的。下面的若无说明，无需包含iomanip头文件，凡是以set开头的都在iomanip中。

bool格式

  默认情况下，bool值输出0/1；输出true/false，可用boolalpha；复原可用noboolalpha。一旦设置了bool格式，会对后面所有的bool值起作用。

1
2
3
cout<<true<<' '<<false<<'\n' \输出0 1
    <<boolalpha<<true<<' '<<false<<'\n' \输出true false
    <<noboolalpha<<true<<' '<<false<<endl; \输出1 0

整型格式

  默认情况下，整型输出使用十进制。用hex改为十六进制；oct改为八进制；dec改回十进制。一旦设置了格式，会对后面所有的整型起作用。

1
2
3
4
cout << 24 << ' '//24
	<< hex << 24 << ' '//18
	<< oct << 24 << ' '//30
	<< dec << 24 << endl;//24

  默认是只输出数字。如果想要十六进制输出0x18，八进制输出030，可以用showbase，若要取消，可以用noshowbase。一旦设置，对后面所有的整型起作用。

1
2
3
4
5
cout <<showbase
	<< 24 << ' '//24
	<< hex << 24 << ' '//0x18
	<< oct << 24 << ' '//030
	<< dec << 24 << endl;//24

  默认情况下，十六进制的0x18是用小写的x，并且用小写的“abcdef”，可以用uppercase来设置为大写，nouppercase设置为小写。一旦设置，对后面所有的整型起效。

1
2
3
cout <<showbase
	<< hex << 15 << ' '//0xf
	<<uppercase<<15<<endl;//0XF

  默认情况下，正数前面无正号，若要输出正号，可用showpos，取消可以用noshowpos。一旦设置，对后面所有的正整数和正浮点数都有效。

浮点数格式

  默认精度为6位，超出的位四舍五入。若要设置精度，可以用下面三个函数：

1
2
3
cout.precision();//返回旧精度
cout.precision(5);//设置新精度，返回旧精度
setprecision(5);//设置新精度，不返回值。要包含头文件iomanip

1
2
3
4
float pi = 3.1415926;
cout << setprecision(5) << ' ' << pi << '\n'//3.1416
	<< setprecision(4) << ' ' << pi << '\n'//3.142
	<< setprecision(3) << ' ' << pi << endl;//3.14

1
2
3
4
float pi = 3.1415926;
cout << cout.precision(5) << ' ' << pi << '\n'//4 3.1416
	<< cout.precision(4) << ' ' << pi << '\n'//3 3.1416
	<< cout.precision(3) << ' ' << pi << endl;//6 3.1416

  注意，在最后一个例子中，cout.precision(int)是从后往前执行，并且最终的输出结果取决于前面的。并且float类型的最大精度为6，double最大精度为15。

  浮点数有三种计数法：科学计数法、定点十进制或十六进制计数法。操纵符scientific设置科学计数法；fixed设置定点十进制；hexfloat设置十六进制法。标准库默认会根据数值自动选择计数法，我们也可以通过defaultfloat来设置成默认模式。一旦设置，对后面所有的浮点数都有效。

  一旦设置为scientific、fixed或hexfloat后，精度的含义会发生变化：默认模式指的是总位数，设置后指的是小数点后的位数。

1
2
3
4
5
cout << pi << ' ' //3.14159
	<< scientific << pi << ' ' //3.141593e+00
	<< fixed << pi << ' ' //3.141593
	<< hexfloat << pi << ' ' //0x1.921fb4p+1
	<< defaultfloat << pi << endl; //3.14159

  科学计数法的e和十六进制默认为小写，要用大写的话可以用uppercase，要用小写的话可以用nouppercase。

  默认情况下，若浮点数的小数部分为零，则不显示小数点。可以用showpoint和noshowpoint在显示与不显示之间转换。若显示，则小数点后面的零取决于精度。

1
2
cout<<showpoint<<3.0 //3.00000
	<<noshowpoint<<3.0 //3

输出补白

setw(int)：包含在iomanip中。指定下一个数字或字符串的最小空间（宽度）。如果没填满，则在前面加空格；如果填满或大于，则按正常输出。只对下一个数字或字符串有效。

1
2
cout << setw(10) << "yoyoyo" << endl;
//1234yoyoyo//1234是为了看清有几个空格人为标上去的

left：左对齐输出。比如在上面的最小空间中，没填满时，数字或字符串默认是在右边；设置左对齐后，是在左边。一旦设置，对后面所有的数字或字符串都有效。右对齐为right

1
2
cout<<setw(10)<<left<<"yoyoyo"<<endl;
//yoyoyo7890//7890是为了看清有几个空格人为标上去的

setfill('a')：包含在iomanip中。设置用于补白的字符，默认为空格，只允许用一个字符去替换。一旦设置，对后面所有的都有效。

1
2
cout<<setfill('a')<<setw(10)<<"yoyoyo"<<endl;
//aaaayoyoyo

internal：控制负数符号的位置，设置之后左对齐符号或基数指示符，右对齐数字，中间补白（前提是setw的宽度要大于负数长度）。一旦设置，对后面所有的负数或非十进制数都有效。并没有找到取消的方法……

1
2
cout<<internal<<setw(10)<<setfill('a')<<-10<<endl;\
//-aaaaaaaa10

控制输入格式

  默认输入为忽略空格、制表、换行、换纸、回车符。要让输入不忽略，可用noskipws；忽略可用skipws

1
2
3
char ch;
while(cin>>ch)cout<<ch;
//输入a b c d//输出abcd

1
2
3
4
char ch;
cin>>noskipws;
while(cin>>ch)cout<<ch;
//输入a b c d//输出a b c d

其他格式化输入输出

  上面大部分使用<<和>>+控制符来实现，下面介绍两种其他设置格式的方法：

ios类中的方法

  ios类中可以通过格式控制函数来设置格式。格式控制函数如下：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
//返回标志字
ios.flags();

//设置标志字
ios.flags(Flags);//清空并设置Flags标志位，返回之前的标志位
ios.setf(Flags);//在原基础上加上Flags标志位，返回之前的标志位
ios.setf(Flags, Masks);//在基础上加上Flags标志位，清除Masks标志位，返回之前的标志位

//清除标志位
ios.unsetf(Flags)//清除Flags标志位，返回之前的标志位

//设置宽度
cout.width(int n);
//返回宽度
cout.width();

//设置填充字符
cout.fill(chat ch);
//返回填充字符
cout.fill();

//设置精度
cout.precision(int n);
//返回精度
cout.precision();

  其中，标志字和上面的控制符差不多，不过用的时候要加上ios::，下面列出常用的标志字：

位组

格式标志

作用

默认值

所占bit

 

skipws

使用输入操作符时跳过空白字符

设置

1

 

unitbuf

每次操作后刷新缓冲区

Cerr设置,其他对象不设置

2

 

uppercase

字母采用大写

不设置

3

 

showbase

输出整数时加上进制前缀

未设置

4

 

showpoint

按精度输出浮点数（不够补0）

未设置

5

 

showpos

输出非负数时加‘+’

未设置

6

 

adjustfield

left

加入指定字符使输出左对齐

 

right

7

right

加入指定字符使输出右对齐

8

Internal

在符号和数值中间插入指定字符

9

 

basefield

dec

10进制输入/输出

 

dec

10

oct

8进制输入/输出

11

hex

16进制输入/输出

12

floatfield

scientific

浮点数按科学计数法输出

无,由浮点数量级决定

13

fixed

浮点数按小数输出

14

 

boolalpha

以字母格式输入和输出布尔值

未设置

15

  下面几点额外需要注意：

  • 用的时候前面要加上ios::
  • 在使用setf设置属于某一位组的标记位时,需要提供位组作为第二个参数来将其他互斥的标记位复位,否则可能会出现设置无效的现象。并且建议用公有静态符号basefield、adjustfield和floatfield
  • cout和cin初始时只有ios::skipws和ios::dec，即0010 0000 0001

iomanip库中的方法

  iomanip中有一些控制符可以用于设置标志字：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
//设定标志字
setiosflags(ios::Flags);

//清除标志字
resetiosflags(ios::Flags);

//设置基数
setbase(int base)//base可以取8 10 16

//设置填充符
setfill(char ch);

//设置浮点数精度
setprecision(int n);

//设置输出宽度
setw(int n);

  这些并不是函数，其用法和操纵符一样：

1
cout<<setiosflags(ios::left);

标准流(iostream)

  标准流用于用户与硬件之间的输入输出。它有如下几个特殊的对象：

  • cin：istream对象，连向键盘，从键盘读取数据
  • cout：ostream对象，连向显示器，将标准流输出到屏幕上
  • cerr：ostream对象，标准错误输出流，连向显式器，将错误信息“不经过缓冲区地”、“实时地”输出到屏幕上。不能重定向到文件
  • clog：ostream对象，标准错误输出流，连向打印机，将错误信息输出到缓冲区，等到缓冲区刷新再输出。不能重定向到文件

  除了上面几个对象外，我们不能定义自己的istream或ostream或iostream，因为它们并没有构造函数。

未格式化的操作

  之前，我们使用的<<和>>会根据要 读取或写入的数据类型 来转换成对应格式，并且默认忽略空白符，这种叫格式化的IO操作。如果只是要单纯地提取字节，并且不忽略空白符，可以用底层操作，也就是未格式化的操作。

单字节操作

1
2
3
4
char ch;
cin.get();//将下一个字节作为int返回
cin.get(ch);//输入一个字节到ch，返回cin或0（读取到文件结束符时）
cout.put(ch);//输出一个ch字节

1
2
3
cin.peek();//偷窥~以int类型返回下一个字节，但不从流中删去
cin.unget();//将上一个读取的字节放回去
cin.putback(ch);//如果上一个读取的字节是ch，就放回去

  注意，cin.get()和cin.peek()是返回一个int而不是char，这样我们就可以返回文件尾标记（EOF）。而char中每一个都表示一个真实的字符，不能表示文件尾。

多字节操作

  • cin.get(char sink[], int size, char delim)

    从cin中读取最多size个字符，如果遇到delim或文件尾则结束（delim不会读取出来，保留在流中），读取的字符存放到sink内。

  • cin.getline(char sink[], int size, char delim)

    和上面类似，不过会读取并丢弃delim.

  • cin.read(char sink[], int size)

    读取size个字节放入sink中，返回cin

  • cin.gcount()

    返回上一个未格式化的操作（不包括gcount）从is读取的字节数。如果是peek、unget、putback，则返回0

  • cout.write(char sink[], int size)

    将sink中size个字节存入cout中，返回cout

  • cin.ignore(int size, char delim)

    读取并忽略最多size个字符，包括delim。与其他未格式化的操作不同，ignore有默认参数size=1, delim=eof

文件流(fstream)

  头文件fstream中定义了三个类：只读文件ifstream、只写文件ofstream、读写文件fstream。它们分别继承自istream、ostream和iostream，因此可以在函数参数中用文件流代替相应的标准流。

打开文件

  我们先定义一个文件流对象，然后再将对象与文件关联起来：

1
2
3
4
5
//方法一
ifstream infile("input.txt");//文件名可以是c字符串或string
//方法二
ifstream infile;
infile.open("input.txt");

  文件有不同的打开方式，如下：

标识常量 值 意义
ios::in 0x0001 读方式
ios::out 0x0002 写方式
ios::ate 0x0004 打开文件后文件指针定位到文件末尾
ios::app 0x0008 每次的写入内容都追加到文件末尾
ios::trunc 0x0010 删除文件已有内容
ios::nocreate 0x0020 如果文件不存在，则打开失败
ios::noreplace 0x0040 如果文件存在，则打开失败
ios::binary 0x0080 以二进制方式打开
  • ifstream不能以ios::out打开，ofstream不能以ifstream打开；
  • ofstream默认以ios::out||ios::trunc打开，即默认会删除原文件。要想保留源文件，可以用ios::out||iot::app或ios::out||ios::in；
  • ios::trunc只能在ios::out设定时才能设置；并且ios::trunc和ios::app不能同时设定；
  • 在ios::app模式下，即使没有指定ios::out，文件也会以写方式打开；
  • 默认情况下，文件以文本模式打开

  根据上面所说的，我们可以指定打开方式：

1
fstream file("data.txt", ios::in||ios::out||ios::app);

  如果打开失败，failbit会被置位，此时，if(file)为false。一旦一个文件流与一个文件关联，再调用open会导致文件流failbit被置位，因此，要关闭后才能打开新的文件。

关闭文件

  当一个文件用完后，最好即使关闭，即调用file.close()。这样缓冲区的数据会写入文件，并添加文件结束标志，切断文件流与文件的联系。

  尽管文件流在析构时会自动调用file.close()（至于什么时候调用析构函数，可看之前的类基础博文），但我们最好手动写上，防止程序在中途崩溃。

读写文件

  读写文件的操作与cin、cout类似，可以用>>、<<。

  当然，file.get()、file.getline()等函数也是可以用的。

  如果移动读指针用seekg()，写指针用seekp()，这和前面也是一样的。

  唯一有点麻烦的是二进制文件，我们只能通过下面这种方法写入：

1
2
3
ofstream outfile("data", ios::binary);
int data=10;
file.write( (char*)&data, sizeof(data) );//将&data以及后面总共sizeof(data)的数据写入

  而且读二进制文件也要这样读：

1
2
3
ifstream infile("data", ios::binary);
int data;
file.write( (char*)&data, sizeof(data) );//将sizeof(data)的数据写入&data以及后面的空间

串流(strstream/sstream)

  串流有两类，一类是以C类型字符串为流的strstream，一类是以string为流的sstream。串流用起来与cin和cout没什么不同（毕竟是由它俩派生的嘛~），不过原理上，串流是将数据以字符串的格式储存，再将字符串格式的数据输出到数据中，因此它很适合当“中间类”。比如要一次读文件的一行：

1
2
3
4
5
6
7
8
ifstream infile("input.txt");
string line;
stringstream ss;
while(infile){
    infile.getline(line);
    ss<<line;
    ...
}

更多拓展知识

 

 

文件流

ios::app

ios::ate

打开方式

结果

打开方式

结果

ofstream

(默认是ios::in | ios::trunc)

ios::app或ios::app|ios::out

如果没有文件，生成空文件；

如果有文件，在文件尾追加

ios::ate或ios::ate|ios::out

如果没有文件，生成空文件；

如果有文件，清空该文件

ios::app|ios::in

不管有没有文件，都是失败

ios::ate|ios::in

如果没有文件，打开失败；

如果有文件，定位到文件尾，可以写文件，但是不能读文件

Ifstream

(默认是ios::in)

ios::app或ios::app|ios::out

不管有没有文件，都是失败

ios::ate或ios::ate|ios::out

如果没有文件，打开失败；
如果有文件，定位到文件尾，但是不能写文件

ios::app|ios::in

?

ios::ate|ios::in

?

fstream

(默认是ios::in | ios::out)

ios::app|ios::out

如果没有文件，创建文件；

如果有文件，在文件尾追加

ios::ate|ios::out

如果没有文件，创建文件；

如果有，清空文件

ios::app|ios::in

如果没有文件，失败

ios::ate|ios::in

如果没有文件，失败

N/A

N/A

ios::ate|ios::out|ios::in

如果没有文件，打开失败，

如果有文件，定位到文件尾

总结

ios::app不能和ios::in相配合,

但可以和ios::out配合，打开输入流

ios::ate可以和ios::in配合，此时定位到文件尾；

如果没有ios::in相配合而只是同ios::out配合，那么将清空原文件；

区别

app会在每次写操作之前都把写指针置于文件末尾，

而ate模式则只在打开时才将写指针置于文件末尾。在文件操作过程中，可以通过seekp等操作移动指针位置。

例子：

多个线程或者进程对一个文件写的时候,假如文件原来的内容是abc

 

以ios::app：

第一个线程(进程)往里面写了个d,第二个线程(进程)写了个e的话，结果是abcde

以ios:ate：

后面写的会覆盖前面一个写的，第一个线程(进程)往里面写了个d,第二个线程(进程)写了个e的话，结果为abce

 

参考：

CSDN：ios::app与ios::ate打开方式有什么不同

ofstream与ate的故事

吐槽：

2019/6/4 C++考试完全没考到这一部分的知识，有点失望（我干嘛要复习一天这个啊！）