C/C++ 条件结构，字符函数库以及基本文件I/O_c++ or and在哪个头文件-优快云博客

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本文介绍了C++中的条件结构，包括if语句、switch-case语句及其优选使用场景，逻辑运算符的运用，以及cctype字符函数库的应用。此外，还详细讲解了文本文件的输入输出操作，包括如何读取数字、使用文件输入输出流。

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文章目录

一、条件结构
二、cctype字符函数库
三、读取数字的循环
四、简单文件输入/输出
总结

一、条件结构

1、程序的条件结构

C++通过使用分支语句在可选择的操作中做出决定。 C++提供了两种语句和两种运算符来提供选择执行，分别是if语句，switch语句和逻辑运算符、条件运算符。后者是前者的实际化，前者提供了告诉程序要进行判断，告诉了程序要走向不同的路口，后者将每个路口要进行的实际判断，满足的条件，不同的测试（关系表达式）组合在一起，使程序有了判断的目标从而进行了数据信息筛选，而筛选的方式是通过关系表达式，算术表达式进行的。总而言之，就是告诉系统需要进行路径分支判断，再将有效信息数据化表达（可视化信息数据化的罗列），最后将这些表达（不同关系之间的关系）通过逻辑运算组合起来。

2、条件结构的优选

1. 选择if-else语句： 对于设计到连续范围，取值范围的关联支路问题，用if-else语句更合适。
1. 选择switch-case语句：对于设计到特定功能对应特定路径的问题时，switch-case语句是首选，使功能结构化更清晰。例如：菜单程序，交互程序（获取键盘操作，鼠标消息等等），数组贴图等等一些指定功能的实现。
1. 什么时候用if-if-if？ if语句很普适，在哪里用都是很适合的，当然，对于特定路径，关联性不大并且与取值范围有关的几条路径，用if，if更清晰。

3、逻辑表达式

逻辑运算符构成逻辑表达式语句，用于需要测试的多种条件。 C++提供了3种逻辑运算符，来组合或修改已有的表达式。这些运算符分别是逻辑OR（||），逻辑AND（&&）和逻辑NOT（！）。

I、逻辑OR运算符和逻辑AND运算符

当两个条件中最多需要一个条件某个要求的时候，用逻辑OR运算符（||），即原来表达式中有一个子表达式为真，则整个表达式布尔值为真；当两个条件中需要全部满足某个要求的时候，用逻辑AND运算符（&&），即原来表达式中只有子表达式全为真，整个表达式布尔值才为真。
C++规定，||运算符和&&运算符都是顺序点（sequence point）。也就是说，先修改这两个运算符左侧的值，再对右侧的值进行判定和修改（C++的说法是，运算符左边的子表达式优先于右边的子表达式），如果||左边的子表达式结果为真，则系统就会判断||整个表达式为真，则不进行右侧子表达式的判断，因此进行的表达式只有左侧的，右侧被忽略跳过。
用&&和||来设置取值范围

II、逻辑NOT运算符

！运算符将它后面的表达式的真值取反。

III、逻辑运算符之间的优先级规则

（1）. ！运算符的优先级高于所有的关系运算符和算术运算符。
（2）. 逻辑AND运算符的优先级高于逻辑OR运算符。也就是说当&&和||在同一个逻辑表达式语句中时，不再完全从左到右运算，而是先将&&运算符两侧子表达式当作一个表达式整体，优先进行&&运算，得到的表达式结果成为||的另一个子表达式结果，再根据结合规则，从左到右依次判断。

二、cctype字符函数库

C++从C语言继承了一个与字符相关的，非常方便的函数软件包，它可以简化诸如确定字符是否为大写字母，数字，标点符号等工作。简单来说，这个cctype字符函数库（C语言中是ctype.h）就是用来判断字符，测试字符具体内容的。可以与另一个字符串处理函数（string.h/cstring）形成对比，字符串处理函数是将字符串进行一系列有效的处理，因为单个字符处理起来非常方便，因此不需要特别内置像处理字符串那样的函数库，只需要进行判断，再简单修改即可。
cctype中的字符函数（部分）
1. isalpha（）：如果参数是字母，该函数返回true；
1. isdigit（）：如果参数是数字（0~9），该函数返回true；
1. iscntrl（）：如果参数是控制字符（在ASCII码中，第0～31号及第127号(共33个)是控制字符或通讯专用字符），该函数返回true；
1. isgraph() ：如果参数是除了空格以外的可打印字符（通常是ASCII字符集，但也有西文字符集等等，可以将文本信息输出到显示台上，而文本信息也就是字符序列），该函数返回true；
1. islower（）：如果参数是小写字母，该函数返回true；
1. ispunct（）：如果参数是标点符号，该函数返回true；
1. isspace（）：如果参数是空白符（空格，进纸，换行符，回车，水平制表符和垂直制表符），该函数返回true；
1. isuper（）：如果参数是大写字母，该函数返回true；
使用这些函数进行判断，比使用关系表达式加上逻辑表达式更加简洁清晰，例如：if（（ch>=‘a’&&ch<=‘z’）||(ch>=‘A’&&ch<=‘Z’)）用于判断ch是否是英文字母，则可以用if（isalpha(ch)）来代替。
对于控制字符相关信息的补充

三、读取数字的循环

上次我们讨论了对文本信息的输入输出，利用单个字符完成文本输入或存储。当我们用数组去存储字符串的时候，若对于输入到数组的内容难以把控，则无法决定要循环的次数，这个时候我们可以利用缓冲区原理加循环来解决这个问题（也就是利用像文本输入那样的方法去给数组赋值），实现按照实际情况进行即输即停。而因为引入了字符串处理函数以及string类的方法，因此让字符串数组部分赋值，即输即停的操作问题得以很轻松的解决。如C语言中的gets，C++中的cin.getline和cin.get都很好地代替了哨兵字符的处理。
虽然字符串数组能够很简单处理，但数值数组就不一样了，因为数值不存在空字符来表示结束的情况，因此只剩下哨兵这个方法来完成数值数组的部分赋值，提前结束赋值等操作。因为没有专门用来输入数值数据的成员函数，所以我们用的方法是用cin来实现。
既然我们决定了用cin来实现数值的输入（这也就好比在C语言中我们用getchar处理字符变量，用gets处理字符串，而输入数值的时候只会用到scanf一样），那么来看看cin如何处理哨兵的：int n; cin>>n;（如果用户输入一个单词，而不是一个数字，情况会如何呢？发生这种类型不匹配的情况时，将发生4种情况）
1. n的值保持不变，也就是非数字的内容并不会被存入n的存储单元
1. 不匹配的输入将被留在输入队列种
1. cin在该位置设置错误标记
1. 对cin方法的调用将返回false（cin对象在逻辑表达式中被自动转化为bool类型）
方法返回false意味着可以用非数字输入来结束读取数字的循环。非数字输入设置错误标记来防止读取后续数据，而这意味着必须重置该标记，程序才能继续读取输入。而将该标记重置（清除）的方法是用cin.clear（）成员函数来清除，同时也重置文件尾（EOF）。输入错误和EOF都将导致cin返回false。而由此可见另外一个消息，对于数值来说不会将除了数字以外的字符存入数值数组，因此哨兵其实就是cin对象本身，利用的是将cin对象返回当作哨兵。
接下来我们看一个具体程序作为例子（1）：

/*
假设要编写一个程序，来计算平均每天捕获的鱼的重量。这里假设每天最多捕获5条鱼，因此一个包含5个元素的数组将足以存储所有的数据，但也可能没有捕获那么多鱼，则数组只有部分元素获得值。与此同时，如果数组被填满或者输入了非数字输入，循环将结束。
*/
#include<iostream>
const int Max=5;
int main()
{
   using namespace std;
   double fish[Max];
   cout<<"Please enter the weights of your fish.\n";
   cout<<"You may enter up to"<<Max
       <<"fish <q to terminate>.\n";
   cout<< "fish #1:";
   int i=0;
   while(i<Max&&cin>>fish[i])    //这里与之前学习的文本输入不同，不再是利用cin缓冲原理了，因为如果想利用
   {
       if(++i<Max)
       cout<< "fish #"<<i+1<<":";
   }
}

该程序种的表达式cin>>fish[i]实际上是一个cin方法函数调用，该函数返回cin。如果cin位于测试条件中，则将被转换为bool类型。如果输入成功，则转换后的值为true，否则为false。
以上程序只实现了提前结束数组的循环输入，但如果我们在中途输入错误了，还想继续读取该怎么做呢？下面程序是例子（2）：

/*
程序要求用户提供5个高尔夫得分，以计算平均成绩。如果用户输入非数字输入，程序将拒绝，并要求用户继续输入数字。
*/
#include<iostream>
const int Max=5;
int main()
{
   using namespace std;
   int golf[Max];
   cout<<"Please enter your golf scores.\n";
   cout<<"You must enter"<<Max<<" rounds.\n";
   int i;
   for(i=0;i<Max;i++)
   {
      cout<<"round #"<<i+1<<":";
      while(!(cin>>golf[i]))         //equivalent to cin>>golf[i]==false 测试当返回false则再次输入，如果依然返回false则重复该动作  
      {                              //如果输入的是数字则为正常输入，不进入内循环再次输入
         cin.clear();                //reset input
         while(cin.get()!='\n')      //get rid of bad input  清空缓冲区
         continue;
         cout<<"Please enter a number:"; //提示下一次应该输入数字
      }
   }
   return 0;
}

可以看到，可以使用cin输入表达式的值来检测输入是不是数字。程序发现用户输入了错误内容时，应采取三个步骤：
1. 重置cin以接受新的输入（使用成员函数cin.clear()来清除错误标记）
1. 删除后续的错误输入（利用循环通过成员函数cin.get()来吸收缓冲区剩余内容，清空缓冲区，其实最主要作用是吸收换行符，因为cin无法吸收换行符，系统会一直将换行符留在缓冲区中，因此如果不吸收则会阻断后续输入）
1. 提示用户在输入
读取数字的循环总的来说就是利用cin调用是否成功返回当作哨兵，来完成数字数组的部分赋值或者说是临时性赋值。所以读取数字，是比读取字符难的，因为字符有两个思路：第一种是哨兵，但哨兵又分为两种，第一种是利用特殊字符，第二种是利用cin调用是否成功的返回；第二种直接用字符串处理函数或string数据类型。

四、简单文件输入/输出

有时候，通过键盘输入并非最好的选择。例如，假设您编写了一个股票分析程序，并下载了一个文件，其中包含1000种股票的价格。在这种情况下，让程序直接读取文件，而不是手工输入文件中所有的值，将方便得多。同样，让程序将输出写入到文件中将更为方便，这样可得到有关结果的永久性记录。
幸运的是，C++使得将读取键盘输入和在屏幕上显示输出（统称为控制台输入/输出）的技巧用于文件输入/输出（文件I/O）非常简单。

1、文本I/O的概念

这里先介绍一下文本I/O的概念：使用cin进行输入时，程序将输入视为一系列的字符，其中每个字符都被解释为相应的字符编码。不管目标数据类型是什么，输入一开始都是字符数据——文本数据，然后，cin对象负责根据目标数据类型在系统内部进行相应的编码转换，转换成对应数据类型下的该字符所想表达的数据二进制编码，再存储到对象的内存单元中。
- 例如我们来看一些处理同一个输入行的代码：
- 假设有如下示例输入行：
- 38.5 19.2
1. 首先，来看使用char数据类型的情况：char ch; cin>>ch; 系统判断目标变量数据类型为char，输入行中的第一个字符被赋给ch。在这里，第一个字符是数字3，其字符编码（二进制）被存储在变量ch中。系统判断出输入和目标变量都是字符，因此不需要进行转换。
1. 接下来，来看看int数据类型的情况：int n; cin>>n; 在这种情况下，系统判断目标变量数据类型为int，cin将不断读取，直到遇到非数字字符。也就是说，它将读取3和8，然后句点将成为输入队列中的下一个字符，形成了分隔作用（但为了与浮点数据区分开来，一般人为规定用空格将数据之间分隔开来）。接着，系统判断出目标变量是int类型，并且通过计算将字符38转换成整数38对应的编码存入变量n中。
1. 再来看看double数据类型的情况：double x; cin>>x; 在这种情况下，系统判断目标变量数据类型为double，cin同样将不断读取，直到遇到第一个不属于浮点数的字符。也就是说，cin读取3、8、句点和5，更直白点说就是读取窗口内容为句点链接的数字，使得空格成为输入队列中的下一个字符。同样地，系统判断出目标变量类型为double，因此将该窗口内容（38.5字符）转换为浮点数38.5对应编码数据，以浮点数据存储方式赋值存入到变量x中。
1. 最后，来看看char数组的情况：char word[50]; cin>>word; 在这种情况下，系统判断目标变量数据类型为数组，cin将不断读取，直到遇到空白字符，因为cin压根不吸收任何空白符，当cin遇到字符序列结尾空白，系统将会判断在该处字符序列输入已结束输入，并在末尾自动加上空字符。也就是说，它读取3、8、句点和5，使得空格成为判断输入结束的标记。然后系统将这四个字符的字符编码分别存储到数组word中，并在末尾加上一个空字符，这里不需要进行任何转换。
这里的要点是，输入一开始为文本。因此，控制台输入的文件版本是文本文件，即每个字节都存储了一个字符编码的文件。但并非所有的文件都是文本文件，例如：数据库和电子表格以数值格式（即二进制整数和浮点格式）来存储数值数据。

2、写入文本文件

对于控制台屏幕的显示，C++使用cout（cout是ostream类预定义的对象）。而关于输出到文件中，C++也有相应的处理方法，那就是与cout类似的ofstream对象。（o可以理解为output，f为file，也就是将信息写入文件中并在文件中显示出来）
具体操作如下
1. 必须包含头文件fstream；
1. 头文件fstream定义了一个用于处理输出的ofstream类；
1. 需要声明一个或多个ofstream变量（对象），并以自己喜欢的方式对其进行命名，条件是遵守常用的命名规则。
1. 必须指明命名空间std；
1. 需要将ofstream对象与文件关联起来。为此，方法之一是使用open（）成员函数；
1. 使用完文件后，应使用成员函数close（）将其关闭；
1. 可结合使用ofstream对象和运算符<<来输出各种类型的数据。
接下来用一段代码块展示：

#include<iostream>
#include<fstream>

int main()
{
   using namespace std;
   char automobile[50];                             //或：string automobile;
   cin.getline(automobile,sizeof(automobile));      //    使用友元函数：getline(cin,automobile);
   int year;
   cin>>year;
   double a_price;
   cin>>a_price;
   double d_price;
   d_price=0.913*a_price;
   
   ofstream outFile;               //创建一个ofstream对象用于接受消息输入，或者ofstream fout(file output)类似于cout(command output)
   outFile.open("carinof.txt");              //用方法open()使该对象与一个具体文本文件联系起来
   outFile<<fixed;
   outFile.precision(2);
   outFile.setf(ios base::showpoint);        //调整outFile对象写入浮点类型的精度
   outFile << "Make and model:" << automobile << endl; //用法和cout一样的
   outFile << "Year:" << year << endl;
   outFile << "Was asking $"<< a_price << endl;
   outFile << "Now asking $"<< d_price << endl;
   outFile.close();                           //记得结束的时候要关闭文件
   
   return 0;
}

如果您查看该程序的可执行文件所在的目录，将看到一个名为carinfo.txt的新文件（根据编译器的配置，该文件也可能位于其他文件夹），其中包含使用outFile生成的输出。
注意：方法close（）不需要使用文件名作为参数，这是因为outFile已经同特定的文件关联起来。如果您忘记关闭文件，程序正常终止的时候将会自动关闭它。
如果在该程序运行之前，文件carinfo.txt并不存在，在这种情况下，方法open（）将新建一个名为carinfo.txt的文件。如果在此运行该程序，文件carinfo.txt将存在，此时情况将如何呢？默认情况下，open（）将首先截断该文件，即将其长度截短到零——丢弃原有的内容，然后将新的输出加入到该文件中。

3、读取文本文件

与控制台的读取相同，C++使用cin来将控制台的信息输入，同样地，C++使用与cin类似的方法，用ifstream对象来读取文本文件中的信息。
具体操作如下
1. 必须包含头文件fstream；
1. 头文件fstream定义了一个用于处理输入的ifstream类；
1. 需要声明一个或多个ifstream变量（对象）；
1. 必须指明命名空间std；
1. 使用完文件后，应使用close（）方法将其关闭；
1. 可结合使用ifstream对象和运算符>>来读取各种类型的数据；
1. 可以使用ifstream对象和get（）方法来读取一个字符，使用ifstream对象和getline（）来读取一行字符；
1. 可以结合使用ifstream和eof（）、fail（）等方法来判断输入是否成功；
1. ifstream对象本身被用作测试条件时，如果最后一个读取操作成功，它将被转换为布尔值true，否则被转换为false。
接下来用一段代码块展示：

#include<iostream>
#include<fstream>
#include<cstdlib>
const int SIZE=60;
int main()
{
   using namespace std;
   char filename[SIZE];
   ifstream inFile;                       //object for handing file input
   cout << "Enter name of data file:";
   cin.getline(filename,SIZE);
   inFile.open(filename);                 //associate inFile with a file
   if(!inFile.is_open())                  //failed to open file
  {
      cout<< "Could not open the file" << filename << endl;
      cout<< "Program terminating.\n";
      exit(EXIT_FAILURE);
  }
  double value;
  double sum=0.0;
  int count=0;                             //number of items read
  inFile >> value;                         //get first value
  while(inFile.good())                     //while input good and not at EOF
  {                                        
     ++count;
     sum+=value;
     inFile >> value;                       //get next value
  }

  if(inFile.eof())
      cout << "End of file reached.\n";
  else if(inFile.fail())
      cout << "Input terminated by data mismatch:\n";
  else
      cout << "Input terminated for unknown reason.\n";
  if(count==0)
     cout << "No data processed.\n";
  else
  {
       cout << "Items read:"<<count<<endl;
       cout << "Sum:"<<sum<<endl;
       cout << "Average:"<<sum/count<<endl;
  }
  inFile.close();                             //finished with the file
   return 0;
}

Windows文本文件的每行都以回车字符和换行符结尾
方法is_open()检查文件是否被成功打开是C++中相对较新的内容。如果编译器不支持它，可以使用较老的方法good（）来代替。并且good（）也可以用来检查指出最后一次读取输入的操作是否成功。如果最后一次读取数据时遇到EOF，则eofbit将被设置为1，eof（）将返回true，而相应的good（）返回false；如果最后一次读取操作中发生了类型不匹配的情况，方法fail（）将返回true（如果遇到了EOF，方法fail（）也返回true）；最后，可能出现意外的问题，如果文件受损或者硬件故障，则方法bad（）将返回true，但这三种情况都可以用good（）代替，good（）是没有发生任何错误的时候返回true。

总结

C++提供了if语句、if-else语句和switch-case语句来管理选项，还提供了帮助决策的运算符。
cctype字符函数库提供了一组方便的，功能强大的工具，可用于分析字符输入，判断字符的具体类型。
对于文件I/O来说，循环和选择语句是很有用的工具；文件I/O与控制台I/O极其相似。声明ifstream和ofstream对象，并将它们同文件关联起来后，便可以像使用cin和cout那样使用这些对象。

参考书籍：《C++ Prime Plus》