C++的IO流

C语言的输入与输出

C语言中我们用到最频繁的输入输出方式就是scanf和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将指定的字符输出到标准输出设备（屏幕）。C语言借助了相应的缓冲区来进行输入与输出。

对输入输出缓冲区的理解：

• 可以屏蔽低级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，可以很容易写出可移植的程序。
• 可以使用这部分的内容实现”行“读取的行为，对于计算机而言没有”行“这个概念，有了这部分，就可以定义”行“，然后解析缓冲区的内容，返回一个”行“。

流

流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++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。
特点：有序连续、具有方向性
为了实现这种流动，C++定义了I/O标准类库，用以完成某方面的功能。

C++I/O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IO流

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，因此这三个对象现基本没有区别，只是应用场景不同。
在使用的时候必须要包含文件并引入std标准命名空间。

• cin为缓冲流键盘输入的数据保存在缓冲区中，当要提取时，是从缓冲区拿，如果以此输入过多，会留在缓冲区慢慢用，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。只有把输入缓冲区的数据取完后，才要求输入新的数据。
• 输入的数据类型必须要和提取的数据类型一致，否则出错。出错只是在流的状态字state中对应的位置位置1，程序继续。
• 空格和回车都可以作为数据之间的分隔符，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的数据，因为标准库已经将所有的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的标准输入和输出，需要对<<和>>进行重载。

C和C++多组输入的情况

在做题时我们会遇到多组输入的情况，在C语言中我们通常这样做

while (scanf("%d", &a) != EOF){};

当输入遇到错误或输入至文件末尾时，scanf会返回EOF使输入停止，这看起来合情合理。
而在C++中做法是着这样的

while (cin >> a) {};

cin是一个全局对象，而operator>>的返回值也是一个对象，我们只知道整型，地址，bool值可以用来做逻辑判断，但从没听说过对象可以用来做逻辑判断。那么C++是如何实现这种操作的？只需在类内添加一个成员函数即可

class A
{
public:
	operator bool()
	{
		return _a != 0;
	}

	int _a;
};

operator bool()将类转换成了bool类型，相当于在做逻辑判断时调用了operator bool()。

C文件IO流

二进制读写(fwrite,fread)

class ServerInfo
{
public:
	char _p[32];
	int _port;
};

void TestC_W_Bin()
{
	ServerInfo info = { "123.0.0.1", 80 };
	FILE *fout = fopen("test.bin", "wb"); 
	// 文件名，打开模式
	assert(fout);
	fwrite(&info, sizeof(info), 1, fout); 
	// 数据来源 数据大小 输出几份数据 输出至哪个文件
	fclose(fout);
}

void TestC_R_Bin()
{
	FILE* fin = fopen("test.bin", "rb");
	assert(fin);
	ServerInfo info;
	fread(&info, sizeof(info), 1, fin);
	fclose(fin);
	printf("%s %d\n", info._p, info._port);
}

文本读写(fprintf,fscanf)

void Test_W_Text()
{
	ServerInfo info = { "123.0.0.1", 80 };
	FILE* fout = fopen("text.txt", "w");
	assert(fout);
	fprintf(fout, "%s %d", info._p, info._port);
	fclose(fout);
}

void Test_R_Text()
{
	ServerInfo info;
	FILE* fin = fopen("text.txt", "r");
	assert(fin);
	fscanf(fin, "%s %d", info._p, &info._port);
	fclose(fin);
	printf("%s %d\n", info._p, info._port);
}

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：
1.定义一个文件流对象

• ifstream ifile（输入用）
• ofstream ofile （输出用）
• fstream iofile （输入和输出）
  2.使用文件流对象的成员函数打开一个磁盘文件，使得文件流和磁盘文件之间建立联系
  3.使用提取或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
  4.关闭文件

二进制读写

class ConfigManager
{
public:
	ConfigManager(const char* filename)
		:_filename(filename)
	{}

	void WriteBin(ServerInfo &info)
	{
		ofstream ofs(_filename.c_str(), ios_base::out | ios::binary);
		ofs.write((char*)&info, sizeof(ServerInfo));
	}

	void ReadBin(ServerInfo &info)
	{
		ifstream ifs(_filename.c_str(), ios_base::in | ios::binary);
		ifs.read((char*)&info, sizeof(info));
		cout << info._p << " " << info._port << endl;
	}

private:
	string _filename;
};

文本读写

class ConfigManager
{
public:
	ConfigManager(const char* filename)
		:_filename(filename)
	{}
	
	void WriteText(const ServerInfo& info)
	{
		ofstream ofs(_filename.c_str(), ios_base::out);
		ofs << info._p << " " << info._port;
	}

	void ReadText(ServerInfo& info)
	{
		ifstream ifs(_filename.c_str(), ios_base::in);
		ifs >> info._p >> info._port;
		cout << info._p << " " << info._port << endl;
	}

private:
	string _filename;
};

stringstream的简单介绍

在C语言中，如果想把一个整形变量的数据转化为字符串格式，要怎么做？
1.使用itoa()函数
2.使用sprintf()函数
但是在两个函数在转化时，都需要先给出保存结果的空间，那空间要给多大呢？就不太好界定，而且转化格式不匹配时，可能还会得到错误的结果甚至程序崩溃。

int main()
{
	int n = 123456789;
	char s1[32];
	_itoa(n, s1, 10);
	
	char s2[32];
	sprintf(s2, "%d", n);
	
	char s3[32];
	sprintf(s3, "%f", n);
	//转化格式不匹配，结果错误
	return 0;
}

在C++中，可以使用stringstream类对象来避免此问题。
在程序中如果想要使用stringstream，必须包含头文件。在该头文件下，有三个类：istringstream、ostringstream和stringstream，分别来进行流的输入、输出和输入输出操作。

stringstream

stringstream主要用来将数值类型数据格式化为字符串和字符串拼接
1.将数值类型格式化为字符串

int main()
{
	int a = 123456789;
	string sa;

	stringstream s;
	s << a;
	s >> sa;

	// clear
	// 多次转换时，必须使用clear将上次转换状态清空
	// stringstream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
	// 因此下一次转换前必须调用clear()将状态重置为goodbit才可以转换
	// 但是clear()不会将stringstream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，会将全部结果累计在底层string对象中
	//

	s.str("");
	s.clear();
	double d = 12.34;
	s << d;
	s >> sa;

	string sValue;
	sValue = s.str();
	cout << sValue << endl;

	return 0;
}

2.字符串拼接

int main()
{
	stringstream sstream;
	sstream << "first" << " " << "string,";
	sstream << " second string";
	cout << "string result: " << sstream.str() << endl;
	
	sstream.str("");
	sstream << "third string";
	cout << "After clear, string result: " << sstream.str() << endl;
	return 0;
}

ostringstream和istringstream

class PersonInfo
{
public:
	string _name;
	int _age;
};

int main()
{
	PersonInfo info = { "张三", 18 };

	// 序列化
	ostringstream oss;
	oss << info._name << " " << info._age;
	string str = oss.str();

	//反序列化
	istringstream iss;
	iss.str(str);
	int age;
	string name;
	iss >> name >> age;
	return 0;
}

注意：
1.stringstream实际上在底层维护了一个string类型的对象来保存结果。
2.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。
3.可以使用s.str(“”)方法将底层string对象设置为""空字符串。
4.可以使用s.str()让stringstream返回其底层的string对象。
5.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。