STL 输入输出流：整体框架

回到顶部

A) 输入、输出流

*** istream 和 ostream 类似，以下以 ostream 展开说明。

1. 简介

• ostream = output stream

  • 是所有输出流的基类
  • 类内重载了不同基础数据类型的输出流运算符，如：int、char、bool ...
  • 优势：统一了输出接口，避免输出混乱

• STL 中定义了一个 ostream 类的对象：cout ，将数据送到标准输出流

  以下是自定义实现 ostream 的方法：

  class ostream {
  public:
      ostream& operator<< (int num) {
          printf("%d", num);
          return *this;
      }
      ostream& operator<< (const char* str) {
          printf("%s", str);
          return *this;
      }
      ...... // 重载需要输出的类型
      
  } cout; // 定义 ostream 类的对象
  
  int main() {
      cout << 21 << "happy" ; // 根据输出数据类型，调用不同的输出函数
      return 0;
  }
  

  以下是在自定义类中重载流运算符的方法：

  class MyClass {
  public:
      friend ostream& operator<< (ostream&, MyClass&);
      ......
  }
  
  ostream& operator<< (ostream& output, MyClass& x) {
      output << ... ;
      return outpur;
  }
  

  注意：第二个参数可以是不同形式，不一定是引用，如：T 、T& 、const T 、const T&

回到顶部

2. 格式化输出

• 常用的格式化输出方式有：

  #include <iomanip>
  
  cout << fixed << 3 << " " << 3.14 << " " << 3.14159265;  
  /* 将小数的小数点固定为 6 位
     输出结果：3  3.140000  3.141593  */
  
  
  cout << setprecision(3) << 3.1415926 << 0.1054;   
  /* 设置有效数字
     输出结果：3.14  0.105  */
  
  
  cout << fixed << setprecision(2) << 3.1415;
  /* fixed 和 setprecision 合用，可以设置小数点数位
     输出结果：3.14  */
  
  
  cout << setw(5) << 921;
  /* 设置输出的宽度，一次只对一个输出有效
     默认向右对齐  */
  
  
  for(int i = 8; i <= 12; ++i) {
      cout << setw(5) << setfill('*') << i;
  }
  /* 设置输出的宽度 + 空白处填满指定字符
     输出结果：****8****9***10***11***12  */
  
  
  cout << scientific << 2018.0 << " " << 0.0001;
  /* 以科学计数形式输出
     输出结果：2.018000e+03   1.000000e-04  */
  
  

• 以上的 fixed 、setprecision() 等，包括实现换行的 endl ，都是流操纵算子

回到顶部

3. 流操纵算子

• 借助辅助类，设置成员变量的类

• 一些实现方式有在标准中定义，一些没有，不同编译器的实现不同

• setprecision 实现的示例：

  class setprecision {
  private:
      int precision;
  public:
      setprecision(int p): precision(p) {}
      friend class ostream;
  }
  
  class ostream {
  private:
      int precision;
  public:
      ostream& operator<< (const setprecision &m) {
          precision = m.precision;
          return *this;
      }
  } cout;
  
  cout << setprecision(2);
  // setprecision(2) 会构造一个 setprecision 类的对象，作为参数传入输出流的函数
  

• endl 实现的示例：

  class ostream {
      ......
      ostream& endl(ostream& os) {
          os.put('\n');     // 输出换行符
          os.flush();       // 清空缓冲区
          return os;
      }
      ostream& operator<< (ostream& (*fn)(ostream&)) {
          return (*fn)(*this);
      }
  }
  
  // 换行方法1：调用输出流+流操纵算子
  cout << endl;
  
  // 换行方法2：直接使用endl函数
  endl(cout);
  

  清空缓冲区的好处：减少外部读写次数、保证内容正确读写到文件

回到顶部

4. cout对象的唯一性

• 定义重载流运算符 / 使用 cout 的方式：

  1. 所有重载流运算符都会返回引用 ostream&

  2. ostream 类的拷贝构造函数会手动进行删除

     ostream(const ostream& x) = delete;
     ostream(ostream&& x);
     

• 原因：

  1. 减少复制开销
  2. 只移动不复制，只使用一个全局对象 cout 进行输出
  3. 多个对象无法同步输出状态

回到顶部

B) 文件输入、输出流

*** ifstream 和 ofstream 类似，以下以 ifstream 进行说明：

回到顶部

1. 基本使用方法

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

int main() {
    // 打开普通文本文件
    ifsream input("filename.txt");
    
    // 以二进制形式打开文件
    ifstream input("filename.bin", ifstream::binary);
    
    // 确保文件正确打开才进行操作
    if(input) { 
        ...
    }
    
    // 操作完毕，关闭文件
    input.close();
    
    return 0;
}

回到顶部

2. 读入常用操作

• 判断是否到了文末

  while(input) {
      ...
  }
  

• 去除前导空格

  input >> ws;
  

• 检查下一个字符，如果到了文末就停止

  int c = input.peek();
  if(c == EOF) break;
  

• 读取

  int n;
  input >> n;
  
  string str;
  input >> str;
  getline(cin, str);
  
  ...
  
  char sentence[1000];    
  input.getline(sentence, 1000);
  

回到顶部

C) 字符串输入、输出流

1. 简介

• stringstream

  • 是 iostream 的子类
  • 在对象内维护一个 buffer，可以实现输入和输出
  • 流输出函数：将数据写入 buffer
  • 流输入函数：从 buffer 读入数据

• 基本使用方法

  #include <sstream>
  using namespace std;
  
  int main() {
      stringstream ss;
   
      ss << "10";       // 将数据写进 ss 的 buffer
      ss << "0 200";    // 会自动连接字符串
      
      int a, b;
      ss >> a >> b;     // 从 buffer 读取数据，转换成 int
      
      return 0;
  }
  

回到顶部

2. 对象内的 buffer

• 暂存数据的空间，包含已读取和未读取的内容

• 可以用 ss.str() 来返回 buffer 内的内容（返回类型：string）

  stringstream ss;
  ss << "10";      // buffer内有【10】
  ss << "0 200";   // buffer内有【100 200】
  
  int a, b;
  ss >> a;         // a = 100，buffer内有【100 200】
  ss >> b;         // b = 200，buffer内有【100 200】
  
  ss.str("");      // 清空 buffer
  

• 从以上代码可见，buffer 内的内容不会因为被读取而减少

  • 有两个指针在维护着：head 和 tail
  • head：指向最后一个内容（下一个位置就是写入新内容的位置）
  • tail：指向待读取的第一个元素
  • 所有 head 在 tail 的后面，head 和 tail 之间是未读取的元素

回到顶部

3. 实现类型转换

template<class outtype, class intype>
outtype convert(intype val) {
    static stringstream ss;  // 避免重复初始化
    ss.str("");              // 清空 buffer
    ss.clear();              // 清空状态位
    ss << val;
    outtype result;          // 定义要转换的类型的变量
    ss >> result;
    return result;           // 返回转换后的内容
}

// 使用
string str = convert<string>(921);
int num = convert<int>("122");

回到顶部