c++中的基本IO类型详解

引言

c++不直接处理输入和输出，而是通过标准库中的类型处理IO。IO的设备可以是文件、控制台、string。c++主要定义了三种IO类型,分别被包含在iostream、fstream、sstream头文件中。

为了支持使用宽字符的语言，标准库定义了一组类型和对象操纵wchar_t类型的数据。

以下是这三种IO库类型以及头文件：

• iostream头文件
  

istream（宽字符版本wistream），从流读取数据。
ostream （宽字符版本wostream），向流写入数据。
iostream（宽字符版本wiostream），读写流。

• fstream头文件

ifstream（宽字符版本wifstream），从文件读取数据。
ofstream （宽字符版本wofstream），向文件写入数据。
fstream（宽字符版本wfstream），读写文件。

• sstream头文件

istringstream（宽字符版本wistringstream），从string读取数据。
ostringstream （宽字符版本wostringstream），向string写入数据。
stringstream（宽字符版本wstringstream），读写string。

设备类型和字符大小不会影响我们要执行的IO操作。得益于继承机制，以上类型都可以使用>>、<<运算符以及getline()函数。

IO类型的通用特性

IO对象不能拷贝或赋值

istream is1,is2;
is1 = is2; //错误，流对象不能赋值
istream is3(is1); //错误，流对象不能拷贝

由于无法拷贝IO对象，因此不能将形参或返回类型设置为流类型。通常使用引用方式传递和返回流。但传递和返回的引用不能是const的，因为读写IO对象会改变IO对象的状态，也就是改变了IO对象。

IO对象的状态信息

IO类定义了一些函数和标志位，帮助我们检查和操纵流的状态：

• strm::iostate是一种类型，这种类型就像一串二进制位串，每个二进制位串指出了流的状态。(strm为引言中的任意一种IO类型)。
• eof()函数用于在IO对象上调用，如cin.eof()。如果流检测到eof（文件结束标志），该函数返回true。
• fail()函数使用同上。如果流处于崩溃或IO操作失败的状态，返回true。
• bad()函数使用同上。如果流处于崩溃状态，返回true。
• good()函数使用同上。如果流处于有效状态，返回true。clear()函数使用同上。将IO对象中的所有条件状态为复位，流的状态变为有效状态，返回void。
• setstate(flags)，将IO对象的状态为按flags（类型为strm::iostate）指示的那样置位。
• rdstate()函数用于在IO对象上调用,读取IO对象的状态位，返回类型为strm::iostate。

一旦流发生错误，这个流上的后续IO操作都会失败，因此最好在使用流之前检查它是否处于良好状态。如

// 如果输入成功，流保持有效状态，条件为真
while(cin >> word){
    //读操作成功，其他操作。
}

输出缓冲

所有输出流都管理一个缓冲区，用来保存程序读写的数据。

cout << "Hello World!";

串"Hello World!"可能被立即打印出来，也可能被操作系统保存在缓冲区，随后打印。

以下原因可以刷新缓冲（即真正将数据输出到目标设备或文件中）：

• 程序正常结束，自动刷新。
• 缓冲区满时，自动刷新。
• 可以使用操作符endl、flush、ends手动刷新缓冲区（只作用一次输出）。

cout << "1" << endl; //字符串后添加换行，然后刷新缓冲区
    cout << "2" << flush; //仅刷新缓冲区
    cout << "3" << ends;  //字符串后添加一个空字符，然后刷新缓冲区。

通过操作符unitbuf设置自动刷新。不同于endl、flush、ends只作用于一次输出，设置了unitbuf后的输出流每输出一次都会自动刷新缓冲区。

cout << unitbuf;//下面的语句每执行一次输出，就刷新一次缓冲区。
    cout << "1"; //输出"1"，自动刷新缓冲区
    cout << "2"; //输出"2"，自动刷新缓冲区
    cout << "3"; //输出"3"，自动刷新缓冲区
    cout << "4"; //输出"4"，自动刷新缓冲区
    ...
    cout << "nounitbuf"; //回到流默认的缓冲方式

关联流。读写被关联的流时，关联到的流的缓冲区会被刷新（tie()函数括号里面的是关联到的流，调用tie()的流是被关联的流）。cout 和 cin默认关联在一起，使用cin读取数据时，cout的缓冲区被刷新。

 cout << "Fuck you!"; //没有指定操作符，cout默认不刷新，该语句执行完后"Fuck you!"可能立即被输出到屏幕，也可能稍后被输出。
    int i;
    cin >> i; //cout的缓冲区被刷新，此时"Fuck you!"一定已经真正输出（可能在之前就已经真正输出，此时刷新缓冲区等于什么都没做）。

使用tie()函数关联流和解除关联：

 cin.tie(&cout); //有参数的tie(),参数为指向流的指针，且指针不为空，此时建立关联。
    cin.tie(nullptr); //有参数的tie(),且指针为空，此时解除cin和其他流的关联。
    cin.tie(); //无参tie()，返回指向cin当前关联到的流的指针。

Note:

若程序崩溃即异常终止，输出缓冲区不会被刷新，换言之，缓冲区中的数据可能并没有真正被输出到文件或设备。

文件IO

创建文件流

前面所过，所有IO类型都可以使用>>、 <<与getline()，除此之外，文件IO还有一些特有的操作。

创建文件流：

 fstream fstrm1; //创建未绑定文件的文件流
    fstream fstrm2(s1); //创建绑定到指定文件s1的文件流(自动调用open())。s1是string或指向c风格字符串的指针。
    //fstream fstrm3(s2, mode); 与第二条语句类似，但指定打开文件的模式。

Note:

当一个fstream的作用域内的代码执行完毕，fstream关联的文件被自动关闭，即fstream对象被销毁时，close()会自动调用。

open和close

使用open打开文件，close关闭文件。对一个已经打开的文件调用open会失败，并且failbit被置位。

string file1 = "qq.dat";
    ifstream ifs;
    ifs.open(file1);
    //读取操作
    ifs.close();

文件模式mode

常用的文件模式mode如下：

• in 只读方式打开文件
• out 以写方式打开文件
• app 每次写操作在文件末尾进行
• ate 打开文件后立即定位到文件末尾
• trunc 截断文件，即输出会覆盖文件中的原有数据。
• binary 以二进制方式打开文件

同时指定多个模式时使用|分隔:

    ofstream ofs("file1", ofstream::out | ofstream::app);

Note：

out模式隐含trunc即覆盖原文件，若要在原文件末尾添加数据，则需要显式指明app模式。

若没有指定任何模式，则使用默认模式。

string IO

stringstream独有的操作如下：

 sstream strm;   //sstream为sstream头文件中定义的类型，具体可以是istringstream等。
    sstream strm(s); //建立一个sstream对象，保存字符串s的一个拷贝。
    strm.str(); //返回strm保存的string的拷贝。
    strm.str(s); //将string s拷贝到strm。

声明：
c++ Basic是对《C++ Primer 第五版》的个人总结与疑难解释，主要用于个人日后复习。
如果想要深入了解更多，请支持正版。