C++学习笔记（23）——输入和输出

很无奈，再次险些败给了懒惰。C++学习笔记更新系列还差输入输出这一章，却拖了很久时间。这几天可能稍有空闲，就把这遗留的一章码出来吧。但是这仅仅是C++入门学习的笔记，它的博大精深值得继续深入探究学习。所以，这并不意味着结束。将来将继续总结和分享某些专题或是在工程中遇到的一些idea。

一、输入输出

我们经常用到的输入和输出，都是以终端为对象的，即从键盘输入数据，运行结果输出到显示器屏幕上。从操作系统的角度看，每一个与主机相连的输入输出设备都被看作一个文件。除了以终端为对象进行输入和输出外，还经常用磁盘(光盘)作为输入输出对象，磁盘文件既可以作为输入文件，也可以作为输出文件。

C++输入输出包含以下三个方面的内容：

1.   对系统指定的标准设备的输入和输出。即从键盘输入数据，输出到显示器屏幕。这种输入输出称为标准的输入输出，简称标准I/O。

2.   以外存磁盘文件为对象进行输入和输出，即从磁盘文件输入数据，数据输出到磁盘文件。以外存文件为对象的输入输出称为文件的输入输出，简称文件I/O。

3.   对内存中指定的空间进行输入和输出。通常指定一个字符数组作为存储空间(实际上可以利用该空间存储任何信息)。这种输入和输出称为字符串输入输出，简称串I/O。

二、C语言的IO操作

在C语言中，用primf和scanf进行输人输出，往往不能保证所输入输出的数据是可靠的、安全的。学过C语言的读者可以分析下面的用法，想用格式符%d输出一个整数， 但不小心用它输出了单精度变量和字符串，会出现什么情况？假定所用的系统int型占两个字节。

printf("%d", i);  // i为整型变量，正确，输出i的值

printf("%d", f);  // f为单精度变量，输出f变量中前两个字节的内容

printf("%d", "C++");  //输出宇符串"C++"的地址

编译系统认为以上语句都是合法的，而不对数据类型的合法性进行检查，显然所得到的结果不是人们所期望的，在用scanf 输入时，有时出现的问题是很隐蔽的。如：

scanf("%d", &i);  //正确，输入一个整数，赋给整型变量i

scanf("%d", i);  //漏写&

 

假如已有声明语句“int i = 1; ”，定义i为整型变量，其初值为1。编译系统不认为上面的scanf语句出错，而是将输人的值存放到地址为000001的内存单元中，这个错误可能产生严重的后果。

C++为了与C兼容，保留了用printf和scanf进行输出和输人的方法，以便使过去所编写的大量的C程序仍然可以在C ++的环境下运行，但是希望读者在编写新的C ++程 序时不要用C的输入输出机制，而要用C++自己特有的输人输出方法。在C++的输入输出中，编译系统对数据类型进行严格的检查，凡是类型不正确的数据都不可能通过编译。因此C++的I/O操作是类型安全(type safe)的。

此外，用printf和scanf可以输出和输入标准类型的数据(如int、float、double、char)， 但无法输出用户自己声明的类型（如数组、结构体、类）的数据。在C++中，会经常遇到对类对象的输人输出，显然无法使用printf和scanf来处理。C++的I/O操作是可扩展 的，不仅可以用来输人输出标准类型的数据，也可以用于用户自定义类型的数据。C++对标准类型的数据和对用户声明类型数据的输人输出，采用同样的方法处理。显然，在用户声明了一个新类后，是无法用printf和scanf 函数直接输出和输人这个类的对象的。

C++通过I/O类库来实现丰富的I/O功能。这样使C++的输人输出明显地优于C 语言中的printf和scanf，但是也为之付出了代价，C++的I/O系统变得比较复杂，要掌握许多细节。

三、流和缓冲区

输入和输出是数据传送的过程，数据如流水一样从一处流向另一处。C++形象地将此过程称为流(Stream)。C++程序把输入输出看做字节流。输入时，程序从输入流中抽取字节；输出时，程序将字节插入到输出流中。在输入操作时，字节流从输入设备（如键盘、磁盘）流向内存，在输出操作时，字节流从内存流向输出设备(如屏幕、打印机、磁盘等)。流中的内容可以是ASCII字符、二进制形式的数据、图形图像、数字音频视频或其他形式的信息。

通常，通过使用缓冲区可以更加高效的处理输入和输出。缓冲区是用作中介的内存块，用来存放流中的数据。当用cout和插入运算符“<<”向显示器输出数据时，先将这些数据送到程序中的输出缓冲区保存，直到缓冲区满了或遇到endl，就将缓冲区中的全部数据送到显示器显示出来。在输入时，从键盘输入的数据先放在键盘的缓冲区中，当按回车键时，键盘缓冲区中的数据输入到程序中的输入缓冲区，形成cin流，然后用提取运算符“ >>”从输入缓冲区中提取数据送给程序中的有关变量。总之，流是与内存缓冲区相对应的，或者说，缓冲区中的数据就是流。

四、流类和流对象

在C++中，输入输出流被定义为类。C++的I/O库中的类称为流类(stream class)。 用流类定义的对象称为流对象。C++编译系统提供了用于输入输出的iostream类库。iostream这个单词是由3个部 分组成的，即i-o-stream，意为输入输出流。在iostream类库中包含许多用于输入输出的 类。

streambuf类：为缓冲区提供了内存，并提供了用于填充缓冲区、访问缓冲区、刷新缓冲区和管理缓冲区内存的类方法。

ios_base类:表示流的一般特征，如是否可读取、是否是二进制还是文本流。

ios类:基于ios_base，其中包括了一个指向streambuf对象的指针成员。

ostream类：从ios类派生而来，提供了输出方法。

istream类：也是从ios类派生而来，提供了输入方法。

iostream:基于istream和ostream类，因此继承了输入方法和输出方法。

要使用这些工具，必须使用适当的类对象。C++的iostream类库管理了很多细节，在程序中包含了iostream文件将自动创建8个流对象（4个用于窄字符流，4个用于宽字符流）：

对象

含义