C++详细讲解IO流原理
1. C语言的输入与输出
C语言中我们用到的最频繁的输入输出方式就是scanf ()与printf()。 scanf(): 从标准输入设备(键盘)读取数
据，并将值存放在变量中。printf(): 将指定的文字/字符串输出到标准输出设备(屏幕)。注意宽度输出和精度 输出控制。C语言借助了相应的缓冲区来进行输入与输出。如下图所示：
对输入输出缓冲区的理解：
1 .可以屏蔽掉低级I/O的实现，低级I/O的实现依赖操作系统本身内核的实现，所以如果能够屏蔽这部分的差
异，可以很容易写出可移植的程序。
2.可以使用这部分的内容实现“行”读取的行为，对于计算机而言是没有“行”这个概念，有了这部分，就可以
定义“行”的概念，然后解析缓冲区的内容，返回一个“行”。
简而言之：
scanf():
从标准输入设备(键盘)读取数据，并将值存放在变量中
printf():
将指定的文字/字符串输出到标准输出设备(屏幕)（注意宽度输出和精度输出控制）
C语言借助了相应的缓冲区来进行输入与输出
2. 流是什么
概念：
- “流”即是流动的意思，是物质从一处向另一处流动的过程，是对一种有序连续且具有方向性的数据（其单位可以是bit,byte,packet ）的抽象描述
- C++流是指信息从外部输入设备（如键盘）向计算机内部（如内存）输入和从内存向外部输出设备（显示器）输出的过程，这种输入输出的过程被形象的比喻为“流”
特性：
有序连续**、**具有方向性
注：为了实现这种流动，C++定义了I/O标准类库，这些每个类都称为流/流类，用以完成某方面的功能
3. C++IO流
C++系统实现了一个庞大的类库，其中ios为基类，其他类都是直接或间接派生自ios类
C++标准库提供了4个全局流对象cin、cout、cerr、clog，使用cout进行标准输出，即数据从内存流向控制
台(显示器)。使用cin进行标准输入即数据通过键盘输入到程序中，同时C++标准库还提供了cerr用来进行标 准错误的输出，以及clog进行日志的输出，从上图可以看出，cout、cerr、clog是ostream类的三个不同的 对象，因此这三个对象现在基本没有区别，只是应用场景不同。
在使用时候必须要包含文件并引入std标准命名空间。
注意：
- cin为缓冲流。键盘输入的数据保存在缓冲区中，当要提取时，是从缓冲区中拿。如果一次输入过多，会留在那儿慢慢用，如果输入错了，必须在回车之前修改，如果回车键按下就无法挽回了。只有把输入缓冲区中的数据取完后，才要求输入新的数据。
- 输入的数据类型必须与要提取的数据类型一致，否则出错。出错只是在流的状态字state中对应位置位（置1），程序继续。
- 空格和回车都可以作为数据之间的分格符，所以多个数据可以在一行输入，也可以分行输入。但如果是字符型和字符串，则空格（ASCII码为32）无法用cin输入，字符串中也不能有空格。回车符也无法读入。
- cin和cout可以直接输入和输出内置类型数据，原因：标准库已经将所有内置类型的输入和输出全部重
载了:
- 对于自定义类型，如果要支持cin和cout的标准输入输出，需要对<<和>>进行重载。
- 在线OJ中的输入和输出：对于IO类型的算法，一般都需要循环输入：
// 单个元素循环输入
while(cin>>a)
{
// ...
}
// 多个元素循环输入
while(c>>a>>b>>c)
{
// ...
}
// 整行接收
while(cin>>str)
{
// ...
}
输出：严格按照题目的要求进行，多一个少一个空格都不行
C++文件IO流
C++根据文件内容的数据格式分为二进制文件和文本文件
采用文件流对象操作文件的一般步骤：
定义一个文件流对象
- ifstream ifile(只输入用)
- ofstream ofile(只输出用)
- fstream iofile(既输入又输出用)
使用文件流对象的成员函数打开一个磁盘文件，使得文件流对象和磁盘文件之间建立联系
使用提取和插入运算符对文件进行读写操作，或使用成员函数进行读写
关闭文件
#include<iostream>
#include <fstream>
using namespace std;
// 使用文件IO流用文本及二进制方式演示读写配置文件
struct ServerInfo
{
char _ip[32]; // ip
int _port; // 端口
};
struct ConfigManager
{
public:
ConfigManager(const char* configfile = "cfserver.config")
:_configfile(configfile)
{}
void WriteBin(const ServerInfo& info)
{
// 这里注意使用二进制方式打开写
ofstream ofs(_configfile, ifstream::out | ifstream::binary);
ofs.write((const char*)&info, sizeof(ServerInfo));
ofs.close();
}
void ReadBin(ServerInfo& info)
{
// 这里注意使用二进制方式打开读
ifstream ifs(_configfile, ifstream::in | ifstream::binary);
ifs.read((char*)&info, sizeof(ServerInfo));
ifs.close();
}
void WriteText(const ServerInfo& info)
{
// 这里会发现IO流写整形比C语言那套就简单多了，
// C 语言得先把整形itoa再写
ofstream ofs(_configfile);
ofs << info._ip << endl;
ofs << info._port << endl;
ofs.close();
}
void ReadText(ServerInfo& info)
{
// 这里会发现IO流读整形比C语言那套就简单多了，
// C 语言得先读字符串，再atoi
ifstream ifs(_configfile);
ifs >> info._ip;
ifs >> info._port;
ifs.close();
}
private:
string _configfile; // 配置文件
};
int main()
{
ConfigManager cfgMgr;
ServerInfo wtinfo;
ServerInfo rdinfo;
strcpy(wtinfo._ip, "127.0.0.1");
wtinfo._port = 80;
// 二进制读写
cfgMgr.WriteBin(wtinfo);
cfgMgr.ReadBin(rdinfo);
cout << rdinfo._ip << endl;
cout << rdinfo._port << endl;
// 文本读写
cfgMgr.WriteText(wtinfo);
cfgMgr.ReadText(rdinfo);
cout << rdinfo._ip << endl;
cout << rdinfo._port << endl;
return 0;
}
注：相比于C语言方便很多，不用控制格式
4. stringstream的简单介绍
在程序中如果想要使用stringstream，必须要包含头文件。在该头文件下，标准库三个类：istringstre、ostringstream 和 stringstream，分别用来进行流的输入、输出和输入输出操作，本文主要介绍 stringstream。
stringstream主要可以用来：
- 将数值类型数据格式化为字符串
#include<sstream>
int main()
{
int a = 12345678;
string sa;
// 将一个整形变量转化为字符串，存储到string类对象中
stringstream s;
s << a;
s >> sa;
// clear()
// 注意多次转换时，必须使用clear将上次转换状态清空掉
// stringstreams在转换结尾时(即最后一个转换后),会将其内部状态设置为badbit
// 因此下一次转换是必须调用clear()将状态重置为goodbit才可以转换
// 但是clear()不会将stringstreams底层字符串清空掉
// s.str("");
// 将stringstream底层管理string对象设置成"",
// 否则多次转换时，会将结果全部累积在底层string对象中
s.str("");
s.clear(); // 清空s, 不清空会转化失败
double d = 12.34;
s << d;
s >> sa;
string sValue;
sValue = s.str(); // str()方法：返回stringsteam中管理的string类型
cout << sValue << endl;
return 0;
}
- 字符串拼接
#include<sstream>
int main()
{
int a = 12345678;
string sa;
// 将一个整形变量转化为字符串，存储到string类对象中
stringstream s;
s << a;
s >> sa;
// clear()
// 注意多次转换时，必须使用clear将上次转换状态清空掉
// stringstreams在转换结尾时(即最后一个转换后),会将其内部状态设置为badbit
// 因此下一次转换是必须调用clear()将状态重置为goodbit才可以转换
// 但是clear()不会将stringstreams底层字符串清空掉
// s.str("");
// 将stringstream底层管理string对象设置成"",
// 否则多次转换时，会将结果全部累积在底层string对象中
s.str("");
s.clear(); // 清空s, 不清空会转化失败
double d = 12.34;
s << d;
s >> sa;
string sValue;
sValue = s.str(); // str()方法：返回stringsteam中管理的string类型
cout << sValue << endl;
return 0;
}
注意：
- stringstream实际是在其底层维护了一个string类型的对象用来保存结果。
- 多次数据类型转化时，一定要用clear()来清空，才能正确转化，但clear()不会将stringstream底层的 string对象清空。
- 可以使用s. str(“”)方法将底层string对象设置为""空字符串。
- 可以使用s.str()将让stringstream返回其底层的string对象。
- stringstream使用string类对象代替字符数组，可以避免缓冲区溢出的危险，而且其会对参数类型进 行推演，不需要格式化控制，也不会出现格式化失败的风险，因此使用更方便，更安全。
