C語言的輸入與輸出

在C語言當中，我們使用最頻繁的輸入輸出方式就是scanf與printf：

• scanf： 從標準輸入設備（鍵盤）讀取數(shù)據(jù)，并將讀取到的值存放到某一指定變量當中。
• printf： 將指定的數(shù)據(jù)輸出到標準輸出設備（屏幕），使用時需要注意寬度輸出和精度輸出的控制。

C語言借助了相應的緩沖區(qū)來進行輸入與輸出。如下圖所示：

對輸入輸出緩沖區(qū)的理解：

1. 可以屏蔽掉低級I/O的實現(xiàn)。 低級I/O的實現(xiàn)依賴操作系統(tǒng)本身內(nèi)核的實現(xiàn)，所以如果能夠屏蔽這部分的差異，可以很容易寫出可移植的程序。
2. 可以使用這部分的內(nèi)容實現(xiàn)“行”讀取的行為。 對于計算機而言是沒有“行”這個概念的，有了這部分，就可以定義“行”的概念，然后解析緩沖區(qū)的內(nèi)容，返回一個“行”。

流是什么

“流”即是流動的意思，是物質(zhì)從一處向另一處流動的過程，是對一種有序連續(xù)且有方向性的數(shù)據(jù)的抽象描述。

C++流是指信息從外部輸入設備（如鍵盤）向計算機內(nèi)部（如內(nèi)存）輸入和從計算機內(nèi)部向外部輸出設備（如顯示器）輸出的過程。這種輸入輸出的過程被形象的比喻為“流”。

它的特性是：有序連續(xù)、具有方向性

為了實現(xiàn)這種流動，C++定義了I/O標準類庫，這些每個類都稱為流/流類，用以完成某方面的功能

C++IO流

C++系統(tǒng)實現(xiàn)了一個龐大的類庫，其中ios為基類，其他類都是直接或間接派生自ios類

C++標準IO流

C++標準庫提供了4個全局流對象（cin、cout、cerr、clog）：

• 使用cout進行標準輸出，即數(shù)據(jù)從內(nèi)存流向控制臺（顯示器）。
• 使用cin進行標準輸入，即數(shù)據(jù)通過鍵盤輸入到程序中。
• 使用cerr進行標準錯誤的輸出。
• 使用clog進行日志的輸出。

從上圖可以看出，cout、cerr、clog都是由ostream類實例化出的三個不同的對象，因此這三個對象基本沒什么區(qū)別，只是應用場景不同。

在使用時候必須要包含#include文件并引入std標準命名空間。

注意：

1、cin為緩沖流。 鍵盤輸入的數(shù)據(jù)保存在緩沖區(qū)中，當要提取時，是從緩沖區(qū)中拿。 如果一次輸入過多，會留在那兒慢慢用，如果輸入錯了，必須在回車之前修改，如果回車鍵按下就無法挽回了。只有把輸入緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)取完后，才要求輸入新的數(shù)據(jù)。

2、輸入的數(shù)據(jù)類型必須與要提取的數(shù)據(jù)類型一致，否則出錯。出錯只是在流的狀態(tài)字state中對應位置位（置1），程序繼續(xù)。

3、空格和回車都可以作為數(shù)據(jù)之間的分格符，所以多個數(shù)據(jù)可以在一行輸入，也可以分行輸 入。但如果是字符型和字符串，則空格（ASCII碼為32）無法用cin輸入，字符串中也不能有空格?；剀嚪矡o法讀入。

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main(){string s;cin >> s;          //輸入："hello world"cout << s << endl; //輸出："hello"return 0;
}

對于含有空格的字符串，我們需要使用getline函數(shù)進行讀取，因為getline函數(shù)只有遇到’\n’才會停止讀取。

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main(){string s;getline(cin, s);   //輸入："hello world"cout << s << endl; //輸出："hello world"return 0;
}

4、cin和cout可以直接輸入和輸出內(nèi)置類型數(shù)據(jù)，原因：標準庫已經(jīng)將所有內(nèi)置類型的輸入和輸出全部重載了

5、對于自定義類型，如果要支持cin和cout的標準輸入輸出，需要對<<和>>進行重載。

6、循環(huán)輸入和輸出

// 單個元素循環(huán)輸入
while (cin >> a) {// ...
}
// 多個元素循環(huán)輸入
while (c >> a >> b >> c) {// ...
}
// 整行接收
while (cin >> str) {// ...
}

7、istream類型對象轉(zhuǎn)換為邏輯條件判斷值

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

實際上我們看到使用while(cin>>i)去流中提取對象數(shù)據(jù)時，調(diào)用的operator>>，返回值是 istream類型的對象，那么這里可以做邏輯條件值，源自于istream的對象又調(diào)用了operator bool，operator bool調(diào)用時如果接收流失敗，或者有結(jié)束標志，則返回false。

C++文件IO流

C++標準庫中的<fstream>頭文件提供了用于文件輸入和輸出的類和接口。這些類通常與文件流對象一起使用，允許你打開、讀取、寫入和關(guān)閉文件。以下是一些常用的<fstream>接口和類的介紹：

1. ifstream（輸入文件流）：ifstream類用于從文件中讀取數(shù)據(jù)。

• 常用成員函數(shù)：
  • open(const char* filename, ios_base::openmode mode = ios_base::in)：打開指定文件以供讀取。mode參數(shù)指定了文件的打開模式，例如 ios::in 表示只讀模式。
  • close()：關(guān)閉打開的文件。
  • is_open()：檢查文件是否已經(jīng)成功打開。
  • get()：從文件中讀取一個字符。
  • getline(char* buffer, streamsize count, char delim)：從文件中讀取一行文本，直到遇到指定的分隔符或達到指定的字符數(shù)。
  • operator>>：用于從文件中讀取各種數(shù)據(jù)類型，例如 int、double等。

2. ofstream（輸出文件流）：

• ofstream類用于向文件中寫入數(shù)據(jù)。
• 常用成員函數(shù)：
  • open(const char* filename, ios_base::openmode mode = ios_base::out)：打開指定文件以供寫入。mode參數(shù)指定了文件的打開模式，例如 ios::out 表示只寫模式。
  • close()：關(guān)閉打開的文件。
  • is_open()：檢查文件是否已經(jīng)成功打開。
  • put(char c)：將字符寫入文件。
  • write(const char* buffer, streamsize count)：將指定數(shù)量的字節(jié)寫入文件。
  • operator<<：用于將各種數(shù)據(jù)類型寫入文件，例如 int、double等。

3. fstream（文件流）：

• fstream類可用于既可以讀取又可以寫入文件的情況。
• 它繼承了ifstream和ofstream的所有成員函數(shù)，因此可以用于打開、讀取和寫入文件。

以下是一些常見的文件打開模式：

1. ios::in：
   • 打開文件以供讀取。可以使用ifstream類或fstream類來讀取文件內(nèi)容。
2. ios::out：
   • 打開文件以供寫入?？梢允褂?code>ofstream類或fstream類來寫入文件內(nèi)容。如果文件不存在，則會創(chuàng)建一個新文件；如果文件已存在，則會截斷（清空）文件內(nèi)容。
3. ios::app：
   • 打開文件以供追加寫入。新數(shù)據(jù)將被添加到文件的末尾，而不會截斷文件內(nèi)容。如果文件不存在，則會創(chuàng)建一個新文件。
4. ios::binary：
   • 以二進制模式打開文件。這個模式用于處理二進制文件，如圖像、音頻或其他非文本文件。在二進制模式下，不會執(zhí)行文本的自動換行和轉(zhuǎn)換。
5. ios::ate：
   • 打開文件后，將文件指針移到文件的末尾。這可以讓你立即開始讀取或?qū)懭胛募哪┪膊糠帧?/li>
6. ios::trunc：
   • 如果文件已存在，在打開文件時會截斷（清空）文件內(nèi)容。通常與ios::out一起使用，以確保文件被清空后寫入新數(shù)據(jù)。

這些打開模式可以組合使用，通過按位或運算符|來實現(xiàn)。例如，要以二進制追加寫入的方式打開文件，可以使用ios::binary | ios::app。

代碼示例：

#include <iostream>
#include <fstream>
using namespace std;int main() {// 打開一個文本文件以供讀取ifstream inputFile("input.txt", ios::in);// 打開一個二進制文件以供寫入，如果不存在則創(chuàng)建ofstream binaryFile("output.bin", ios::out | ios::binary);// 打開一個文本文件以供追加寫入ofstream appendFile("log.txt", ios::out | ios::app);if (inputFile.is_open() && binaryFile.is_open() && appendFile.is_open()) {// 文件已成功打開，可以進行讀取和寫入操作// ...// 關(guān)閉文件inputFile.close();binaryFile.close();appendFile.close();} else {cout << "無法打開文件" << endl;}return 0;
}

控制文件指針位置

tellg和seekg是C++中用于在文件流對象中控制文件指針位置的函數(shù)，通常與ifstream和fstream一起使用，用于讀取文件的特定位置或獲取當前文件指針的位置。

1. tellg函數(shù)：

   tellg函數(shù)用于獲取當前文件指針的位置（讀取位置）。它返回一個類型為streampos的值，表示當前文件指針的位置。streampos通常是一個整數(shù)類型，用于表示文件的字節(jié)偏移量。

   用法示例：

   ifstream inputFile("example.txt", ios::in);if (inputFile.is_open()) {// 獲取當前文件指針的位置streampos currentPosition = inputFile.tellg();cout << "當前文件指針位置：" << currentPosition << endl;// 讀取文件內(nèi)容// ...// 獲取新的文件指針位置currentPosition = inputFile.tellg();cout << "新的文件指針位置：" << currentPosition << endl;
   }
   

2. seekg函數(shù)：

   seekg函數(shù)用于設置文件指針的位置，以便在文件中進行定位。它允許你將文件指針移動到文件的特定位置，以便讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)。seekg接受兩個參數(shù)，第一個參數(shù)是偏移量，第二個參數(shù)是基準位置，用于確定偏移量是相對于文件的開頭、當前位置還是文件的末尾。

   基準位置可以是以下之一：

   • ios::beg：基于文件的開頭。
   • ios::cur：基于當前文件指針位置。
   • ios::end：基于文件的末尾。

   用法示例：

   ifstream inputFile("example.txt", ios::in);if (inputFile.is_open()) {// 將文件指針移動到文件的第10個字節(jié)（相對于文件開頭）inputFile.seekg(10, ios::beg);// 讀取從第10個字節(jié)開始的內(nèi)容string data;inputFile >> data;cout << "從第10個字節(jié)開始的內(nèi)容：" << data << endl;// 將文件指針移動到文件末尾inputFile.seekg(0, ios::end);// 獲取文件末尾的位置streampos endPosition = inputFile.tellg();cout << "文件末尾位置：" << endPosition << endl;
   }
   

文件操作示例

以二進制的形式操作文件

以二進制的形式對文件進行寫入操作：

//以二進制的形式對文件進行寫入
void WriteBinary(){ofstream ofile; //定義文件流對象ofile.open("test.bin", ofstream::out | ofstream::binary); //以二進制寫入的方式打開test.bin文件char data[] = "Hello World";ofile.write(data, strlen(data)); //將data字符串寫入文件ofile.put('!'); //將字符'!'寫入文件ofile.close(); //關(guān)閉文件
}

以二進制的形式對文件進行讀取操作：

//以二進制的形式對文件進行讀取
void ReadBinary(){ifstream ifile; //定義文件流對象ifile.open("test.bin", ofstream::in | ofstream::binary); //以二進制讀取的方式打開test.bin文件ifile.seekg(0, ifile.end); //跳轉(zhuǎn)到文件末尾int length = ifile.tellg(); //獲取當前字符在文件當中的位置，即文件的字符總數(shù)ifile.seekg(0, ifile.beg); //重新回到文件開頭char data[100];ifile.read(data, length); //將文件當中的數(shù)據(jù)全部讀取到字符串data當中ifile.close(); //關(guān)閉文件
}

以文本的形式操作文件

以文本的形式對文件進行寫入操作：

//以文本的形式對文件進行寫入
void WriteTxt(){ofstream ofile; //定義文件流對象ofile.open("test.txt"); //以寫入的方式打開test.txt文件char data[] = "Hello World";ofile.write(data, strlen(data)); //將data字符串寫入文件ofile.put('!'); //將字符'!'寫入文件ofile.close(); //關(guān)閉文件
}

以文本的形式對文件進行讀取操作：

//以文本的形式對文件進行讀取
void ReadTxt(){ifstream ifile; //定義文件流對象ifile.open("test.txt"); //以讀取的方式打開test.txt文件ifile.seekg(0, ifile.end); //跳轉(zhuǎn)到文件末尾int length = ifile.tellg(); //獲取當前字符在文件當中的位置，即文件的字符總數(shù)ifile.seekg(0, ifile.beg); //重新回到文件開頭char data[100];ifile.read(data, length); //將文件當中的數(shù)據(jù)全部讀取到字符串data當中cout << length << endl;cout << data << endl;ifile.close(); //關(guān)閉文件
}

注意： 使用ofstream類對象的open函數(shù)時，若不指定打開方式，則默認以寫的方式打開文件；使用ifstream類對象的open函數(shù)時，若不指定打開方式，則默認以讀的方式打開文件；使用fstream類對象的open函數(shù)時，若不指定打開方式，則默認以寫+讀的方式打開文件。

使用>>和<<對文件進行操作

使用>>和<<運算符對文件進行讀寫操作，會變得很簡單，也很形象。
對文件進行寫入操作：

//對文件進行寫入操作
void WriteFile(){ofstream ofs("data.txt"); //定義文件流對象，并打開文件ofs << "Hello World"; //字符串“流入”文件ofs.close(); //關(guān)閉文件
}

對文件進行讀取操作：

//對文件進行讀取操作
void ReadFile(){ifstream ifs("data.txt"); //定義文件流對象，并打開文件char data[100];ifs >> data; //文件數(shù)據(jù)“流入”字符串dataifs.close(); //關(guān)閉文件
}

stringstream流

在C語言中，我們?nèi)羰窍胍獙⒁粋€整型變量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為字符串格式，有以下兩種方法：
1、使用itoa函數(shù)進行轉(zhuǎn)化。

int a = 10;
char arr[10];
itoa(a, arr, 10); //將整型的a轉(zhuǎn)化為十進制字符數(shù)字存儲在字符串a(chǎn)rr當中

2、使用sprintf函數(shù)進行轉(zhuǎn)化。

int a = 10;
char arr[10];
sprintf(arr, "%d", a); //將整型的a轉(zhuǎn)化為字符串格式存儲在字符串a(chǎn)rr當中

雖然itoa函數(shù)和sprintf函數(shù)都能完成轉(zhuǎn)化，但是在兩個函數(shù)在轉(zhuǎn)化時，都需要先給出保存結(jié)果的空間，而空間的大小是不太好界定的，除此之外，轉(zhuǎn)化格式不匹配時，可能還會得到錯誤的結(jié)果甚至程序崩潰。

在C++中，我們可以使用stringstream類對象來避開此問題。在程序當中如果想要使用stringstream，必須要包含頭文件sstream。在該頭文件下，有三個類：

類	對應操作場景
ostringstream	輸出操作
istringstream	輸入操作
stringstream	輸入操作+輸出操作

以下是stringstream的一些常用接口：

1、stringstream 的構(gòu)造函數(shù)：

stringstream()：創(chuàng)建一個空的字符串流。

stringstream(std::string str)：使用給定的字符串 str 初始化字符串流。

2、插入數(shù)據(jù)到字符串流：

<< 操作符：插入數(shù)據(jù)到字符串流中。你可以使用它來插入各種數(shù)據(jù)類型，如整數(shù)、浮點數(shù)、字符串等。

std::stringstream ss;
int num = 42;
ss << "The answer is: " << num;

3、從字符串流中提取數(shù)據(jù)：

>> 操作符：從字符串流中提取數(shù)據(jù)。你可以使用它來提取數(shù)據(jù)到不同的數(shù)據(jù)類型。

int extractedNum;
ss >> extractedNum;

4、獲取字符串流中的字符串：

str() 函數(shù)：獲取字符串流中的全部內(nèi)容作為一個字符串。

std::string content = ss.str();

5、清空字符串流：

clear() 函數(shù)：清空字符串流的狀態(tài)和內(nèi)容。

ss.clear();

6、指定基數(shù)（進制）：

std::hex、std::oct、std::dec：可以使用這些流控制器來指定插入或提取整數(shù)時的進制，如十六進制、八進制或十進制。

int num = 255;
ss << std::hex << num; // 將 num 以十六進制插入

7、獲取當前位置：

tellg() 函數(shù)：獲取當前的讀取位置。

std::streampos pos = ss.tellg();

8、設置讀取位置：

seekg(std::streampos pos)：將讀取位置設置為指定的位置。

ss.seekg(0); // 設置讀取位置為開頭

stringstream流操作示例

1、將數(shù)值類型數(shù)據(jù)格式化為字符串。

#include <iostream>
#include <sstream>
#include <string>
using namespace std;
int main(){int a = 10;string sa;stringstream s;s << a; //將int類型的a放入輸入流s >> sa; //從s中抽取前面插入的int類型的值，賦值給string類型（方式一）cout << sa << endl;s.str(""); //將stringstream底層管理的string對象設置為""。s.clear(); //將上次轉(zhuǎn)換狀態(tài)清空掉//進行下一次轉(zhuǎn)換double b = 3.14;s << b;sa = s.str(); //獲取stringstream中管理的string類型（方式二）cout << sa << endl;return 0;
}

2、字符串拼接。

#include <iostream>
#include <sstream>
#include <string>
using namespace std;
int main(){string rets;stringstream s;s << "Hello" << "World"; //將多個字符串放入stringstream中s >> rets; //方式一獲取cout << rets << endl;s.str(""); //將stringstream底層管理的string對象設置為空字符串s.clear(); //將上次轉(zhuǎn)換狀態(tài)清空掉s << "Thanks" << " " << "for" << " " << "reading"; //將多個字符串放入stringstream中rets = s.str(); //方式二獲取cout << rets << endl;return 0;
}

注意事項：

1. stringstream實際是在底層維護了一個string類型的對象用來保存結(jié)果。
2. stringstream在轉(zhuǎn)換結(jié)尾時（即最后一個轉(zhuǎn)換后），會將其內(nèi)部狀態(tài)設置為badbit，因此在下一次轉(zhuǎn)換前必須調(diào)用clear將狀態(tài)重置為goodbit才可以轉(zhuǎn)換，但clear不會將stringstream底層的string對象清空。
3. 可以使用s.str(“”)的方式將stringstream底層的string對象設置為空字符串，否則多次轉(zhuǎn)換時，會將結(jié)果全部累積在底層string對象中。
4. 獲取stringstream轉(zhuǎn)換后的結(jié)果有兩個方法，一是使用>>運算符之間從流當中提取，二是使用s.str( )獲取stringstream底層的string對象。
5. stringstream使用string類對象代替字符數(shù)組，可以避免緩沖區(qū)溢出的危險，而且其會對參數(shù)類型進行推演，不需要格式化控制，也不會存在格式化失敗的風險，因此使用更方便，更安全。