【C++标准IO库】面向对象的标准库

byte轻骑兵

于 2025-03-26 08:45:00 发布

阅读量941

点赞数 42

分类专栏： # C++深度探索与实战专栏文章标签： c++ 开发语言

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/weixin_37800531/article/details/146488752

版权

C++深度探索与实战专栏专栏收录该内容

44 篇文章

订阅专栏

在 C++ 编程中，输入输出（IO）操作是与外部世界交互的基础。C++ 标准库提供了一套强大且灵活的面向对象的 IO 库，能够方便地进行各种输入输出操作，无论是从控制台读取数据，还是写入数据到文件，亦或是在网络通信中处理数据传输。

一、C++ IO 库基础概念

1.1. 流（Stream）的概念

流是 C++ IO 库的核心概念。可以将流看作是一个字符序列的抽象表示，数据从数据源（如文件、键盘等）流入程序，或者从程序流出到数据目的地（如文件、显示器等）。在 C++ 中，有三种基本类型的流：输入流（istream）用于从外部读取数据，输出流（ostream）用于向外部写入数据，以及既可以读又可以写的流（iostream）。

1.2. 标准IO库架构解析

①流类层次结构

                        ios_base
                           ▲
                           │
                         basic_ios<charT, traits>
                  ▲        ▲        ▲
                  │        │        │
 basic_istream────┤        │        ├─────basic_ostream
          ▲               │               ▲
          │               │               │
 basic_iostream───────┤   │   ├───────────┤
                      ▼   ▼   ▼
          ifstream   iostream   ofstream
          istringstream       ostringstream

C++标准库定义了三个基础流类：

istream：输入流基类（继承自ios）
ostream：输出流基类（继承自ios）
iostream：输入输出流组合类（多重继承自istream和ostream）

派生类包括：

ifstream：文件输入流
ofstream：文件输出流
fstream：文件输入输出流
istringstream：字符串输入流
ostringstream：字符串输出流
stringstream：字符串输入输出流

②核心组件概览

iostream: 控制台输入输出
fstream: 文件流操作
sstream: 字符串流处理
iomanip: 格式化控制工具

1.2. 预定义流对象

C++ 标准库预定义了几个重要的流对象，方便进行常见的 IO 操作：

cin：标准输入流，用于从键盘读取数据。例如：

int num;

cin >> num;

从键盘读取一个整数并存储到num变量中。

cout：标准输出流，用于向控制台输出数据。例如：

cout << "Hello, World!" << endl;

将字符串 “Hello, World!” 输出到控制台，并换行。endl是一个操纵符，用于插入换行符并刷新输出缓冲区。

cerr：标准错误流，用于输出错误信息。与cout类似，但cerr通常用于输出不希望被重定向的错误消息，并且它的输出是无缓冲的，会立即显示。例如：

cerr << "An error occurred!" << endl;

clog：也是用于输出日志信息的流，与cerr不同的是，clog是有缓冲的。

二、输入输出操作符

2.1. 插入操作符（<<）

插入操作符用于向输出流中写入数据。可以用于输出各种数据类型，包括基本数据类型（如int、double、char等）和字符串。例如：

int a = 10;

double b = 3.14;

string str = "Hello";

cout << "a = " << a << ", b = " << b << ", str = " << str << endl;

依次将变量a、b和字符串str的值输出到控制台。

2.2. 提取操作符（>>）

提取操作符用于从输入流中读取数据。它会跳过输入流中的空白字符（如空格、制表符、换行符等），直到遇到第一个非空白字符，然后将数据读取到变量中。例如：

int x, y;

cout << "Enter two integers: ";

cin >> x >> y;

cout << "You entered x = " << x << " and y = " << y << endl;

从控制台读取两个整数，分别存储到x和y变量中，并输出读取的值。

三、文件输入输出

3.1. 写入文件（ofstream）

要将数据写入文件，我们使用ofstream（output file stream）类。首先需要包含<fstream>头文件。例如：

#include <fstream>
#include <iostream>

int main() {
    std::ofstream outFile("example.txt");
    if (outFile.is_open()) {
        outFile << "This is a line of text written to the file." << std::endl;
        outFile << "Another line." << std::endl;
        outFile.close();
        std::cout << "Data written to file successfully." << std::endl;
    } else {
        std::cerr << "Unable to open file." << std::endl;
    }
    return 0;
}

创建了一个名为example.txt的文件，并向其中写入两行文本。在写入完成后，使用close()方法关闭文件。

3.2. 从文件读取（ifstream）

使用ifstream（input file stream）类从文件中读取数据。例如：

#include <fstream>
#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::ifstream inFile("example.txt");
    if (inFile.is_open()) {
        std::string line;
        while (std::getline(inFile, line)) {
            std::cout << line << std::endl;
        }
        inFile.close();
    } else {
        std::cerr << "Unable to open file." << std::endl;
    }
    return 0;
}

打开example.txt文件，并逐行读取文件内容，然后输出到控制台。getline()函数用于从输入流中读取一行数据，存储到line字符串中。

3.3. 随机访问文件

C++ 的文件流还支持随机访问文件，即可以在文件中任意位置进行读写操作。seekg()和seekp()函数分别用于输入流和输出流的定位，tellg()和tellp()函数用于获取当前位置。例如：

#include <fstream>
#include <iostream>

int main() {
    std::fstream file("random.txt", std::ios::in | std::ios::out | std::ios::trunc);
    if (file.is_open()) {
        for (int i = 0; i < 10; ++i) {
            file << i << " ";
        }
        file.seekp(5 * sizeof(int));
        file << 99;
        file.seekg(0);
        int num;
        while (file >> num) {
            std::cout << num << " ";
        }
        file.close();
    } else {
        std::cerr << "Unable to open file." << std::endl;
    }
    return 0;
}

创建一个文件，写入 10 个整数，然后将文件指针移动到第 5 个整数的位置，修改该位置的值为 99，最后从文件开头读取并输出所有整数。