cin与cout的初认识

cin 和 cout 是 C++ 标准输入 / 输出流（<iostream> 库）的核心对象，分别对应标准输入（键盘）和标准输出（控制台），基于流操作符（>> 用于 cin，<< 用于 cout）实现数据的输入输出，是 C++ 替代 C 语言 scanf/printf 的面向对象方案，核心优势是类型安全和可扩展性。

一、核心基础

1. 头文件与命名空间

使用 cin/cout 必须包含 <iostream> 头文件，且需访问 std 命名空间（两种方式）：

// 方式1：全局引入（简化代码，推荐入门使用）
#include <iostream>
using namespace std;

// 方式2：显式指定（避免命名冲突，推荐大型项目）
#include <iostream>
std::cout << "Hello";
std::cin >> a;

2. 基本语法

操作	语法	说明
输出（cout）	cout << 数据1 << 数据2 << ...;	链式输出，支持所有基础类型，自动匹配类型
输入（cin）	cin >> 变量1 >> 变量2 >> ...;	链式输入，数据存入变量，自动匹配类型

二、cout 核心用法（输出）

1. 基础输出（无格式化）

支持所有 C++ 基础类型（整数、浮点数、字符、字符串、布尔值等），无需记忆占位符（对比 printf）：

#include <iostream>
#include <string> // 用 string 类型需包含
using namespace std;

int main() {
    // 基础类型输出
    int a = 100;
    double pi = 3.14159;
    char c = 'A';
    bool flag = true;
    string str = "Hello C++"; // C++ 字符串（区别于C风格字符数组）

    // 链式输出，endl 表示换行（等价于 \n + 刷新缓冲区）
    cout << "整数：" << a << endl;
    cout << "浮点数：" << pi << endl;
    cout << "字符：" << c << endl;
    cout << "布尔值：" << boolalpha << flag << endl; // boolalpha：输出 true/false（默认输出 1/0）
    cout << "字符串：" << str << endl;

    return 0;
}

输出结果：

plaintext

整数：100
浮点数：3.14159
字符：A
布尔值：true
字符串：Hello C++

2. 格式化输出（精度、宽度、对齐、填充）

cout 的格式化需借助 <iomanip> 头文件中的操纵符（如 setprecision、setw 等），核心格式化场景如下：

格式化需求	操纵符 / 方法	示例	效果
浮点数精度	setprecision(n) + fixed	cout << fixed << setprecision(2) << 3.1415;	保留 2 位小数（3.14）
输出宽度	setw(n)	cout << setw(5) << 123;	占 5 个字符（ 123）
左对齐	left（默认右对齐）	cout << left << setw(5) << 123;	左对齐（123 ）
填充字符	setfill(c)	cout << setfill('0') << setw(5) << 123;	补 0（00123）
进制输出	hex/oct/dec	cout << hex << 255;	十六进制（ff）

示例代码：

#include <iostream>
#include <iomanip> // 格式化操纵符头文件
using namespace std;

int main() {
    double num = 123.456789;
    int n = 789;

    // 1. 浮点数保留2位小数（固定格式，非科学计数法）
    cout << "保留2位小数：" << fixed << setprecision(2) << num << endl; // 123.46

    // 2. 宽度8 + 左对齐 + 补0
    cout << "宽度8+左对齐+补0：" 
         << setw(8) << left << setfill('0') << n << endl; // 78900000

    // 3. 十六进制输出（带前缀0x）
    cout << "十六进制：" << hex << showbase << 255 << endl; // 0xff

    // 重置格式化（恢复默认）
    cout << resetiosflags(ios::hex | ios::showbase) << dec;

    return 0;
}

3. 换行：endl vs \n

• endl：换行 + 刷新输出缓冲区（fflush），高频输出时效率低（如循环打印百万行）；
• \n：仅换行，不刷新缓冲区，效率更高，非必要场景优先用 \n。

// 高效换行（推荐）
cout << "Hello\n";
// 刷新缓冲区的换行（仅需要立即输出时用，如日志）
cout << "Hello" << endl;

三、cin 核心用法（输入）

1. 基础输入（空格 / 换行分隔）

cin 用 >> 读取数据时，会自动跳过空白字符（空格、换行、制表符），直到遇到有效数据：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

int main() {
    int a, b;
    string name;
    double score;

    cout << "请输入两个整数（空格/换行分隔）：";
    cin >> a >> b; // 支持链式输入，自动解析整数

    cout << "请输入姓名和分数：";
    cin >> name >> score; // 输入示例：Tom 95.5

    cout << "整数和：" << a + b << endl;
    cout << "姓名：" << name << "，分数：" << score << endl;

    return 0;
}

输入示例：

plaintext

请输入两个整数（空格/换行分隔）：10 20
请输入姓名和分数：Tom 95.5

输出：

plaintext

整数和：30
姓名：Tom，分数：95.5

2. 读取整行输入（含空格）

cin >> 无法读取含空格的字符串（遇到空格停止），需用 getline(cin, 字符串变量)：⚠️ 注意：cin >> 后接 getline 时，需先处理缓冲区残留的换行符（\n）用cin.ignore()。

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

int main() {
    int age;
    string name, address;

    cout << "请输入年龄：";
    cin >> age;
    // 关键：清空 cin 缓冲区的换行符（cin >> age 会留下 \n，导致 getline 直接读取空行）
    cin.ignore(); // 忽略缓冲区的一个字符（即 \n）

    cout << "请输入姓名（可含空格）：";
    getline(cin, name); // 读取整行，包括空格

    cout << "请输入地址（可含空格）：";
    getline(cin, address);

    cout << "年龄：" << age << endl;
    cout << "姓名：" << name << endl;
    cout << "地址：" << address << endl;

    return 0;
}

输入示例：

plaintext

请输入年龄：20
请输入姓名（可含空格）：Tom Smith
请输入地址（可含空格）：Beijing China

输出：

plaintext

年龄：20
姓名：Tom Smith
地址：Beijing China

3. 输入错误处理

cin 读取数据失败时（如输入字符串到整数变量），会进入错误状态，后续输入全部失效，需重置状态并清空缓冲区：

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int num;
    cout << "请输入一个整数：";
    cin >> num;

    // 检查输入是否失败
    if (cin.fail()) {
        cout << "输入错误！请输入整数。" << endl;
        // 重置错误状态
        cin.clear();
        // 清空缓冲区的错误数据
        cin.ignore(numeric_limits<streamsize>::max(), '\n');
    } else {
        cout << "你输入的整数是：" << num << endl;
    }

    return 0;
}

⚠️ 注意：使用 numeric_limits 需包含 <limits> 头文件。

四、cin/cout 高级优化

默认情况下，cin/cout 为了兼容 C 语言的 stdio（如 printf/scanf），会有同步开销，导致效率较低。高频输入输出场景（如算法竞赛、大数据处理）可关闭同步，大幅提升效率：

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    // 核心优化：关闭 cin/cout 与 C 标准流的同步
    ios::sync_with_stdio(false);
    // 解除 cin 与 cout 的绑定（cin 读取时不会自动刷新 cout）
    cin.tie(nullptr);

    // 后续 cin/cout 效率接近 scanf/printf
    int a;
    cin >> a;
    cout << a << '\n'; // 用 \n 而非 endl，进一步提升效率

    return 0;
}

五、cin/cout 常见坑点

1. getline 读取空行：cin >> 后未清空换行符，导致 getline 直接读取空行 → 解决方案：cin.ignore()。
2. 布尔值输出 1/0：默认 cout << true 输出 1，需加 boolalpha 输出 true/false。
3. 格式化操纵符生效范围：setw(n) 仅对下一个输出项生效，其他操纵符（如 fixed、left）会持续生效，需用 resetiosflags 重置。
4. 中文乱码（Windows）：控制台编码不匹配导致乱码，解决方案：

   // 设置 cout 编码为 UTF-8
   cout.imbue(locale("zh_CN.UTF-8"));
   // 或设置控制台编码（Windows 特有）
   #include <windows.h>
   SetConsoleOutputCP(65001); // UTF-8 编码
   

六、总结

场景	用法要点
简单输出	cout << 数据 << '\n'（优先用 \n）
复杂格式化输出	结合 <iomanip> 操纵符（fixed/setprecision/setw/left 等）
简单输入（无空格）	cin >> 变量（自动跳过空白字符）
含空格的字符串输入	getline(cin, 字符串)，注意先 cin.ignore() 清空换行符
高频输入输出	加 ios::sync_with_stdio(false); cin.tie(nullptr); 优化效率
输入错误处理	用 cin.fail() 检查，cin.clear() 重置状态，cin.ignore() 清空缓冲区

cin/cout 是 C++ 原生的输入输出方案，核心优势是类型安全（编译期检查）和可扩展性（支持自定义类型重载），掌握格式化操纵符和输入缓冲区处理是关键，优化后效率可接近甚至媲美 C 语言的 scanf/printf。