C++的I/O流

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原创最新推荐文章于 2026-03-02 17:42:55 发布 406 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

C语言的输入输出

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的控制；
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. 由于 CPU 的处理速率远大于外设的输入输出速率，这样一来输入一个数据或者输出一个数据就进行一次 CPU 与外设的交互，CPU 的效率会大大降低的，例如：在 A 处修房子，而所需的沙子在 B 处，二者距离很远，如果一铲子一铲子从 B 运往 A，那么就会非常耗时且满足不了需求，所以我们利用大卡车来拉运，而这个大卡车就相当于缓冲区；
2. 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；
3. 可以使用这部分的内容实现 “行” 读取的行为，对于计算机本身而言是没有 “行” 这个概念的，但是有了这部分，就可以定义 “行” 的概念，然后解析缓冲区的内容，返回一 ”行“ 内容；

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，是对一种有序的、连续的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）的输入或者从计算机内存计算机向外部输出设备（显示器）进行输出的过程，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；
实现：为了实现这种流动，C++ 定义了 I/O 标准类库，而这里的每个类都称为流 / 流类，用以完成某方面的功能；

C++中I/O流

标准I/O流

说明：C++ 系统实现的一个庞大的类库，这其中的许多类之间都是继承和派生的关系，因此，在使用时，大部分情况下，我们只需要包含iostream这一个头文件就可以了；
概念：C++ 标准库提供了 4 个全局流对象cin、cout、cerr、clog：
- cout：进行标准输出，即数据从内存流向控制台(显示器)；
- cin：进行标准输入，即数据通过键盘输入到程序中；
- cerr：用来进行标准错误的输出；
- clog：进行日志的输出；
- 因为cout、cerr、clog都是ostream类的三个不同的对象，因此这三个对象基本没有区别，只是应用场景不同；
注意：
1. 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；
2. 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中将对应位置置为 1，程序继续；
3. 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，字符串的中间也不能有空格，回车符也无法读入；
4. 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；
5. 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；
6. 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
string str;
while(cin>>str){
	// ...
}

文件I/O流

操作：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：从文件读内容；
  - ofstream ofile：向文件写内容；
  - fstream iofile：既能读也能写；
2. 使用文件流对象的成员函数打开一个磁盘文件，使得文件流对象和磁盘文件之间建立联系；
3. 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；
4. 关闭文件；
详细介绍：C++文件读写详解一、C++文件读写详解二

// 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 = "bitserver.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::in | 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::out | ifstream::binary);
		ifs.read((char*)&info, sizeof(ServerInfo));
		ifs.close();
	}
	//下面是文本的读和写
	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;
}

`stringstream`简单介绍

C语言中整型转为字符型

在 C 语言中，如果想要将一个整形变量的数据转化为字符串格式，如下两种做法：
1. 使用itoa()函数；
2. 使用sprintf()函数；
但是这两个函数在转化时，都得需要先给出保存结果的空间，那空间要给多大呢？这就不太好界定了，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);
	return 0;
}

C++中整型转为字符型

说明：在 C++ 中如果想要实现上面的功能，那么我们就可以使用stringstream类对象来解决，在程序中如果想要使用stringstream，必须要包含头文件<sstream>，该函数主要有以下两个功能：

将数值类型数据格式化为字符型（将字符串转换为整数也是类似的用法）：

#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;
	// 下面的操作的作用为：将stringstream类中底层管理的string对象设置成"",
	// 否则多次转换时，会将结果全部累积在底层的string对象中
	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对象
	cout << sValue << endl;
	return 0;
	}

字符串拼接：

int main{
	stringstream sstream;
	// 将多个字符串放入 sstream 中
	sstream << "first" << " " << "string,";
	sstream << " second string";
	cout << "strResult is: " << sstream.str() << endl;
	// 清空 sstream，不清空就会出错
	sstream.str("");
	sstream << "third string";
	cout << "After clear, strResult is: " << sstream.str() << endl;
	return 0;
}

注意：
1. 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；
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("")方法将底层的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；