C++ I/O

今天我想分享一下 C++ 11 的输入/输出（简称I/O）。

简介

管理流和缓冲区的工作有点复杂，但iostream（以前为iostream.h）文件中包含一些专门设计用来实现、管理流和缓冲区的类。streambuf类为缓冲区提供了内存，并提供了用于填充缓冲区、访问缓冲区内容、刷新缓冲区和管理缓冲区内存的类方法；ios_base类（ios是io-stream，和Apple的操作系统iOS没关系）表示了流的一般特征，如是否可读取、是二进制流还是文本、管理流等；；ios类基于ios_base，其中包括了一个指向streambuf对象的指针成员；ostream类是从ios类派生而来的，提供了输出方法；istream类也是从ios类派生而来的，提供了输入方法；iostream类是基于istream和ostream类的，因此继承了输入方法和输出方法。 C++的iostream类库管理了很多细节。例如，在程序中包含iostream文将会自动创建8个流对象（4个用于窄字符流，4个用于宽字符流）（cin，cout，cerr，clog）。 C++在头文件fstream（以前为fstream.h）中定义了多个新类，其中包括用于文件输入的ifstream和用于文件输出的ofstream。C++还定义了一个fstream类，用于同步文件I/O。这些类都是从头文件iostream中的类派生而来的，因此这些新类的对象可以使用前面介绍过的方法。 （引用自C++ Primer Plus 第六版 中文版 第十七章）

使用iostream

• cin:标准输入流
• cout:标准输出流
• cerr:标准错误流（不缓冲）
• clog:标准错误流（缓冲） 在他们前面加上"w"（即wcin等）即可处理wchar_t类型。

代码示例：

//io1.cpp
#include<iostream>
int main()
{
    using namespace std;
    int a,b;
    char str[20];
    cerr<<"Input 2 integers:";
    cin>>a>>b;
    if(a==b)
        clog<<"a=b!"<<endl;
    cerr<<"Input a string:";
    cin>>str;
    cout<<"a:"<<a<<endl;
    cout<<"b:"<<b<<endl<<"str:";
    cout<<str;
    cout<<endl<<"Bye!";
    return 0;
}

编译并三次运行这个程序：

C:\Users\BobLiu\Desktop>g++ io1.cpp

C:\Users\BobLiu\Desktop>a.exe
Input 2 integers:1
2
Input a string:A string
a:1
b:2
str:A
Bye!
C:\Users\BobLiu\Desktop>a.exe
Input 2 integers:55 55
a=b!
Input a string:!$^&$
a:55
b:55
str:!$^&$
Bye!
C:\Users\BobLiu\Desktop>a.exe >io1.txt
Input 2 integers:25 5
Input a string:25=5*5

此时a.exe所在文件夹（桌面）上生成文件io1.txt，打开查看，内容如下：

a:25
b:5
str:25=5*5
Bye!

示例程序说明

第一次运行程序的字符串输入为“A string”，但是在稍后的回显中只显示了“A”，原因是：cin<<str;语句中直接使用了cin进行输入，而cin是遇到空白字符（也就是isspace(ch)（在cctype（老版本是ctype.h）中定义）返回true的字符）时，会停止获取输入并丢弃空白字符。也就是说，此时输入缓冲区中剩余string\n，在cin<<str;后如果还有一个cin读取一个字符串，就会读取“string”，并且丢弃‘\n’。如果要读取一整行，那怎么办呢？答案是，使用cin.getline()。把cin<<str;替换成cin.getline(str,20);后，可以读取一整行，同样丢弃‘\n’。 第三次运行程序却出现了一个有趣的现象。这里没有使用a.exe直接调用，而是使用了文件重定向，将输出重定向到io1.cpp（即a.exe >io1.cpp命令），相当于把显示移动到了文件里，所以代码中的cout语句将输出到文件。但是clog和cerr所关联的标准错误流不会被重定向（至少在大部分系统上。在Unix中，使用>2可以重定向标准错误流。），而是被显示到显示屏上。 另外，文件重定向不仅可以重定向标准输出流，也可以重定向标准输入流。假设a.exe所在文件夹（桌面）有一个文件叫i1.txt，使用a.exe <i1.txt >o1.txt，就会从i1.txt获取输入，并且输出到o1.txt（但是clog和cerr依然会把提示信息发送到屏幕，尽管没有从键盘获取输入）。 另外，大家应该注意到了，clog<<"a=b!";clog<<endl;被合并成了clog<<"a=b!"<<endl;大家应该都知道这种拼接（同样适用于cin、cout、cerr以及他们的成员函数，再举个例子，cin.get().get();和cin.get();cin.get();是等价的。）这是因为clog<<"a=b!"的返回值为clog，导致原语句变成了(clog<<"a=b!")<<endl;，执行完输出后，就变成了clog<<endl;同理，cin.get()的返回值也是cin，所以cin.get().get();在执行完一次cin.get()后变成了cin.get();

使用fstream

头文件fstream不像iostream，已经声明了负责输入/输出的对象（这是有道理的。不然，你只能同时打开2个文件，一个用于输入，一个用于输出。），而你需要自己声明他们。

代码示例

//io2.cpp
#include<fstream>
/*在大部分实现中，包含fstream意味着同时包含iostream，所以不用自行包含iostream。
如果你的编译器出现“error:'cerr' was not declared in this scope”，那还是加上吧*/
#include<string>
using namespace std;
int main()
{
    ofstream fout;//如果不使用using namespace std;则需要使用std::ofstream或者using std::ofstream
    ifstream fin;//同上
    fstream file;//同上
    fin.open("fin.txt",ios_base::in);//NOTE：确保文件存在！！！
    fout.open("fout.txt",ios_base::out|ios_base::trunc);
    /*NOTE：ios_base::trunc将删除原本的文件内容！*/
    file.open("file.txt",ios_base::in|ios_base::out);
    if(!fin.is_open()||!fout.is_open()||!file.is_open())
    /*or if(!(fin.is_open()&&fout.is_open()&&file.is_open()))*/
    {
        cerr<<"Open file failed.";
        return 1;
    }
    string str;
    getline(fin,str);//get a line
    //NOTE: for string, do not use fin.getline(str,XXX)
    fout<<str;
    file<<str;
    fin>>str;
    fout<<str;
    file<<str;
    file>>str;
    fout<<str;
    fin.close();
    fout.close();
    file.close();
    return 0;
}

fin.txt内容如下：

Hello, there!
Hi!
Bye.

file.txt内容如下：

I love C++!

编译并运行程序：

C:\Users\BobLiu\Desktop>g++ io2.cpp

C:\Users\BobLiu\Desktop>a.exe

文件fin.txt内容不变。 文件fout.txt（新生成）内容如下：

Hello, there!Hi!Hi!

文件file.txt内容如下：

Hello, there!Hi!

示例程序说明

使用ofstream声明的对象可以用于输出，打开文件格式如下：ofstream fout; fout.open("file name (c-style string)",open_mode)当然，也可以调用构造函数：ofstream fout("(c-style string)",open_mode)。其中，open_mode是一个常亮，在ios_base中定义，可以用“|”连接。如果你的文件名是C++的string类型，比如string str;，请使用str.c_str()。 同理，使用ifstream声明的对象可以用于输入，格式和ifstream相同，但是要确保文件存在。 **使用fstream声明的对象既可以用于输入，也可以用于输出。 fstream的open_mode如下表（表格引用自C++ Primer Plus 第六版 中文版 第十七章）：

但是请不要使用奇奇怪怪的组合，比如ios_base::in|ios_base::trunc，编译器会报错的。 还有就是，可以像使用cout和cin一样使用它们。