C++面向對象程序設計

????????在C++中，標準輸出流通常指的是與標準輸出設備（通常是終端或控制臺）相關聯的流對象。這個流對象在C++標準庫中被定義為std::cout、std::err、std::clog，它們是std::ostream類的一個實例。

一、cout，cerr和clog流

? ? ? ? ostream類定義了3個輸出流對象，即cout，cerr，clog。

1.1cout流對象

? ? ? ? (1) cout是console output的縮寫，意為控制臺（終端顯示器）的輸出。它不是C++預定義的關鍵字，而是ostream流類的對象，在iostream中定義。顧名思義，流是流動的數據，cout流是流向輸出（顯示設備）的數據，cout流中的數據是用流插入運算符“<<“順序加入的。

? ? ? ? 示例如下：

cout <<"Hello World!" <<"I am learning C++.";

? ? ? ? cout流是容納數據的載體，而并不是運算符。cout將它們輸送到輸出設備上顯示，在顯示設備上輸出”Hello Wordl! I am learning C++.“。

? ? ? ? (2) 在使用"cout <<"輸出基本類型的數據時，不必考慮數據是什么類型，系統會自動判斷數據的類型，并根據類型選擇調用與之匹配的運算符重載函數。示例如下：

cout <<10.0f <<100.58 <<'=' <<"operator";

? ? ? ? (3) cout流在內存中對應開辟了一個緩沖區，用來存儲流中的數據，當向cout流插入一個endl時，不論緩沖區是否已滿，都立即輸出流中所有數據，然后插入一個換行符，并刷新流（清空緩沖區）。示例如下：

cout <<"Hello World" <<endl;
cout <<"I am learning C++" <<endl;

? ? ? ? 注意的是如果插入換行符”\n“，則只是換行而已，并不是刷新cout流，與endl刷新流是清空緩沖區不是一回事。

? ? ? ? (4) 在iostream中只對”<<“和">>"運算符用于標準類型數據的輸入輸出進行了重載，但未對用戶聲明的類型數據的輸入輸出進行重載。所以用戶可以聲明新的類型，并用”<<“和">>"運算符對其進行輸入輸出另作重載。

1.2 cerr流對象

? ? ? ? cerr流對象是標準出錯流，cerr流已被指定為與顯示器關聯，cerr作用是向標準出錯設備（standard error device）輸出有關的出錯信息。cerr是console error的縮寫，意為在控制臺（顯示器）顯示出錯的信息。

? ? ? ? 注意的是cerr和cout的作用和用法雖然差不多，但是有一點不同的是，cout流通常是傳送到顯示設備輸出，也可以被重定向輸出到磁盤文件，而cerr流中的信息只能顯示輸出。

? ? ? ? 通過解一元二次方程 $ax^{2}+bx+c=0$ ，其一般解為 $x_{1,2}=\frac{-b\pm \sqrt{b^{2}-4ac}}{2a}$ ，但若a=0，或 $b^{2}-4ac<0$ 時，用公式出錯。編寫程序，從鍵盤輸入a、b、c的值，求 $x_{1}$ 和 $x_{2}$ 。如果a=0或 $b^{2}-4ac<0$ ，輸出錯誤信息。代碼示例如下：

#include <iostream>
#include <cmath>
using namespace std;int main(){float a, b, c, disc;cout <<"Please enter the values of a, b, c:";cin >>a >>b >>c;// 如果a等于0輸出錯誤信息if(a == 0){cerr <<"a is equal to zero, error!" <<endl;} else{// 如果b * b - 4 * a * c)結果小于0 ，輸出錯誤信息if( (disc = b * b - 4 * a * c) < 0 ){cerr <<"Erro: dist=b*b-4*a*c<0" <<endl;} // 滿足條件，則正常輸出結果else{cout <<"x1 = " <<(-b + sqrt(disc) / (2*a)) <<endl;cout <<"x2 = " <<(-b - sqrt(disc) / (2*a)) <<endl;}}return 0;
}

1）如輸入a=0，運行后結果如下圖：

2）如輸入 $b^{2}-4ac<0$ ，運行后結果如下圖：

3）如滿足條件，運行后結果如下圖：

1.3 clog流對象

? ? ? ? clog流對象也是標準出錯流，它是console log的縮寫，作用與cerr相同，都是在終端顯示器上顯示出錯信息。它們之間只是有微小區別。cerr是不經過緩沖區，直接向顯示器上輸出有關信息，而clog中的信息存放在緩沖區中，緩沖區滿后或遇endl時向顯示器輸出。

? ? ? ? 示例如下：

#include <iostream>
using namespace std;int main(){clog <<"This is a message to the C library's error stream." <<endl;clog.flush();		//確保消息被立即刷新到設備return 0;
}

? ? ? ? 運行結果如上圖：

? ? ? ? 實際編程中，cerr通常用于輸出需要立即顯示的錯誤消息或調試信息，而clog用于記錄那些稍后再處理的更詳細的日志信息。這只是常見的約定，并不是強制的。

二、格式輸出

? ? ? ? 在輸出數據時，為簡便起見，往往不指定輸出的格式，由系統根據數據的類型采取默認的格式，但有時希望數據按指定的格式輸出，如要求以十六進制或八進制形式輸出一個整數，對輸出的小數只保留兩位小數等。

2.1 使用控制符控制輸出格式

? ? ? ? 以下為輸出數據的控制符，如下表：

控制符	作用
dec	設置整數的基數為10
hex	設置整數的基數為16
oct	設置整數的基數為8
setbae(n)	設置整數的基數為n(n只能是8，10，16三者之一)
setfill(c)	設置填充字符c，c可以是字符常量或字符變量
setprecision(n)	設置實數的精度為n位，在以一般十進制小數形式輸出時n代表有效數字。在以fixed（固定小數位數）形式和scientific（指數）形式輸出時n為小數位數。
setw(n)	設置字段寬度為n位
setiosflags(ios::fixed)	設置浮點數以固定的小數位數顯示
setiosflags(ios::scientific)	設置浮點數以科技記數法（即指數形式）顯示
setiosflags(ios::left)	輸出數據左對齊
setiosflags(ios::right)	輸出數據右對齊
setiosflags(ios::skipws)	忽略前導的空格
setiosflags(ios::uppercase)	在以科學記數法輸出E和以十六進制輸出字母X時以大寫表示
setiosflags(ios::showpos)	輸出正數時給出”+“號
resetioflags()	終止已設置的輸出格式狀態，在括號中應指定內容

? ? ? ? 注意的是，這些控制符是在頭文件iomanip中定義的，因而程序中應當包含頭文件ipmanip。以下通過案例了解以上的方法，代碼如下：

#include <iostream>
#include <iomanip>
using namespace std;int main(){int a = 20;			//定義整數a值為20// 輸出信息cout <<"Dec:" <<dec <<a <<endl;			//以十進制形式輸出整數cout <<"Hex:" <<hex <<a <<endl;			//以十六進制形式輸出整數acout <<"Oct:" <<oct <<a <<endl;			//以八進制形式輸出整數acout <<endl;// 通過setbase輸出cout <<"Use setbase to set the base:" <<endl;cout <<"Dec:" <<setbase(10) <<a <<endl;			//以十進制形式輸出整數cout <<"Hex:" <<setbase(16) <<a <<endl;			//以十六進制形式輸出整數acout <<"Oct:" <<setbase(18) <<a <<endl;			//以八進制形式輸出整數acout <<endl;// 設置精度，寬度以及填充字符double PI = 3.1415926;cout <<"set precision 2: " <<setprecision(2) <<PI <<endl;		//改為2位小數cout <<setw(10) <<setprecision(2) <<PI <<endl;					//設置寬度為10cout <<setfill('*') <<setw(10) <<setprecision(2) <<PI <<endl;	//設置填充字符cout <<endl;// setiosfloagscout <<setiosflags(ios::scientific) <<setprecision(8);				// 按指數形式輸出8位小數cout <<"PI = " <<PI <<endl;											// 指數形式輸出PI值cout <<"precision 4 PI = " <<setprecision(4) <<PI <<endl;			// 指數形式 輸出PI為4位小數cout <<"Left aligned, PI = " <<left <<setw(20) <<PI <<endl;			// 左側齊cout <<"Right aligned, PI = " <<right <<setw(20) <<PI <<endl;		// 右對齊 // 使用大寫字母cout <<"Uppercase: " <<uppercase <<hex <<255 <<endl;				//以16進制顯示并使用大寫字母cout <<"Show positive sign:" <<showpos <<PI <<endl;// 注意此時cout <<"Fixed, PI = " <<setiosflags(ios::fixed) <<PI <<endl;		// 改為小數形式輸出return 0;
}

? ? ? ? 運行結果如下圖：

? ? ? ? 最后代碼試圖將科學記數法設置為小數位，但是（cout <<"Fixed, PI = " <<setiosflags(ios::fixed) <<PI <<endl;）輸出結果為+0XC.90FDA6896C25P-2，它可能是由于被setiosflags錯誤的解析導致的，通過resetiosflags重置清理掉前面的科學記數法格式即可。在上述代碼后面追加以下代碼即可：

// 重置指數形式
cout <<"reset ios flags:" <<endl;
cout <<resetiosflags(ios::scientific | ios::showpos);
cout <<"PI = " <<PI <<endl;

? ? ? ? resetiosflags中ios::scientific是清除科學記數法，ios::showpos是清除數值前面”+“號，輸出結果如下圖：

2.2 用流對象的成員函數控制輸出格式

? ? ? ? 除了可以用控制符來控制輸出格式，還可以通過調用流對象cout中用于控制輸出格式的成員函數來控制輸出格式。用于控制輸出格式的常用的成員函數如下表：

流成員函數	與之作用相同的控制符	作用
precision(n)	setprecision(n)	設置實數的精度為n位
width(n)	setw(n)	設置字段寬度為n位
fill(c)	setfill(c)	設置填充字符c
setf()	setiosflags()	設置輸出格式狀態，括號中應給出格式狀態，內容與控制符setiosflags括號中的內容相同。
unsetf()	resetiosflag()	終止已設置的輸出格式狀態，在括號中應該指定內容

? ? ? ? 格式標志在類ios中被定義為枚舉值，因此在引用這些格式標志時要在前面加上類名ios和域運算符"::"。格式標志如下表：

格式標志	作用
ios::left	輸出數據在本域范圍內向左對齊
ios::right	輸出數據在本域范圍內向右對齊
ios::internal	數值的符號位在域寬度內左對齊，數值右對齊，中間由填充字符填充
ios::dec	設置整數的基數為10
ios::oct	設置整數的基數為8
ios::hex	設置整數的基數為16
ios::showbase	強制輸出整數的基數（八進制數以0打頭，十六進制數以0x打頭）
ios::showpoint	強制輸出浮點數的小點和尾數0
ios::uppercase	在以科學記數法格式E和以十六進制輸出字母時以大寫表示
ios::showpos	對正數顯示”+“號
ios::scientific	浮點數以科學記數法格式輸出
ios::fixed	浮點數以定點格式（小數形式）輸出
ios::unitbuf	每次輸出之后刷新所有的流
ios::stdio	每次輸出之后清除stdout, stderr

? ? ? ? 下面使用流控制成員輸出之前案例數據，代碼如下：

#include <iostream>
#include <iomanip>
using namespace std;int main(){int a = 20;			//定義整數a值為20// 輸出信息cout.setf(ios::dec);				//設置以十進制形式輸出整數cout <<"Dec:" <<a <<endl;cout.unsetf(ios::dec);			cout.setf(ios::hex);				//設置以十六進制形式輸出整數acout <<"Hex:" <<a <<endl;			cout.unsetf(ios::hex);cout.setf(ios::oct);				//設置以八進制形式輸出整數acout <<"Oct:" <<a <<endl;			cout.unsetf(ios::oct);cout <<endl;// 設置精度，寬度以及填充字符double PI = 3.1415926;cout <<"set precision 2, PI = " <<PI <<endl;			//顯示PI值cout.width(30);											//設置寬度為30cout <<"set width, PI =" <<PI <<endl;	cout.width(30);											//設置寬度為30cout.fill('*');											// 置填充字符*cout <<"set fill, PI =" <<PI <<endl;cout <<endl;cout <<"set internal:" <<endl;cout.width(30);											//設置寬度為30cout.fill(' ');											// 置填充字符*cout.setf(ios::internal | ios::showpos);cout <<PI <<endl;cout.unsetf(ios::internal | ios::showpos);cout <<endl;// 標記為科學記數法cout.setf(ios::scientific);								// 設置為科學記數法cout <<"set scientific, PI = " <<PI <<endl;cout.precision(4);										//保留4位小數cout <<"precision 4, PI = " <<PI <<endl;cout <<endl;// 指定用定點形式輸出cout.setf(ios::fixed);cout <<"Fixed, PI = " <<PI <<endl;cout.unsetf(ios::fixed);return 0;
}

? ? ? ? 運行后結果如下圖：

? ? ? ? 這里同樣，在最后輸出時PI未得到想要結果，這是因為在設置科學記數法格式cout.setf(ios::scientific）未及時清除設置的格式標志導致的，所以添加cout.unsetf(ios::scientific）及時清除以避免影響后續輸出。

? ? ? ? 完整代碼如下：

#include <iostream>
#include <iomanip>
using namespace std;int main(){int a = 20;			//定義整數a值為20// 輸出信息cout.setf(ios::dec);				//設置以十進制形式輸出整數cout <<"Dec:" <<a <<endl;cout.unsetf(ios::dec);			cout.setf(ios::hex);				//設置以十六進制形式輸出整數acout <<"Hex:" <<a <<endl;			cout.unsetf(ios::hex);cout.setf(ios::oct);				//設置以八進制形式輸出整數acout <<"Oct:" <<a <<endl;			cout.unsetf(ios::oct);cout <<endl;// 設置精度，寬度以及填充字符double PI = 3.1415926;cout <<"set precision 2, PI = " <<PI <<endl;			//顯示PI值cout.width(30);											//設置寬度為30cout <<"set width, PI =" <<PI <<endl;	cout.width(30);											//設置寬度為30cout.fill('*');											// 置填充字符*cout <<"set fill, PI =" <<PI <<endl;cout <<endl;cout <<"set internal:" <<endl;cout.width(30);											//設置寬度為30cout.fill(' ');											// 置填充字符*cout.setf(ios::internal | ios::showpos);cout <<PI <<endl;cout.unsetf(ios::internal | ios::showpos);cout <<endl;// 標記為科學記數法cout.setf(ios::scientific);								// 設置為科學記數法cout <<"set scientific, PI = " <<PI <<endl;cout.precision(4);										//保留4位小數cout <<"precision 4, PI = " <<PI <<endl;cout.unsetf(ios::scientific);cout <<endl;// 指定用定點形式輸出cout.setf(ios::fixed);cout <<"Fixed, PI = " <<PI <<endl;cout.unsetf(ios::fixed);return 0;
}

? ? ? ? 輸出結果如下圖：

三、用流成員函數put輸出字符

? ? ? ? 在程序中一般用cout和插入運算符”<<“實現輸出，cout流在內存中有相應的緩沖區。有時有些特殊輸出要求，ostream類還提供了專用于輸出單個字符的成員函數put。

3.1 ASCII碼輸出

????????如下示例代碼：

#include <iostream>
using namespace std;int main(){// ASCII字符碼輸出int arr[] = {71, 79, 79, 68};		// 字母GOOD分別對應ASCII碼71,79,68// 循環輸出單個字符for(int i = 0; i<4; i++) cout.put(arr[i]);cout.put('\n');return 0;
}

? ? ? ? 運行結果如下圖：

3.2 字符串反轉

????????也可使用cout.put()對字符串進行反轉輸出，示例代碼如下：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;int main(){string message = "Hello World!";		//定義字符串信息const char *str = message.c_str();		//將字符串轉換為char字符數組// 循環輸出字符信息，倒序輸出for(int i = message.length() - 1; i >= 0; i--) cout.put(*(str + i));// 換行cout.put('\n');return 0;
}

? ? ? ? 運行后結果如下圖：

? ? ? ? 字符指針變量str指向第1個字符'H'， a+1則是第2個字符'e'的地址，*(a+1)的值就是’e'。指針的相關知識前面已講解過，想了解朋友可以翻看下，地址：C++面向對象程序設計 - 對象指針和this指針_面向對象版本的指針-CSDN博客

3.3 putchar函數

? ? ? ? 除了可以用cout.put函數輸出一個字符外，還可以用putchar函數輸出一個字符。putchar函數是C語言中使用的，在stdio.h頭文件中定義的。所以3.2中示例可以修改為putchar函數，代碼如下：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;int main(){string message = "Hello World!";		//定義字符串信息const char *str = message.c_str();		//將字符串轉換為char字符數組// 循環輸出字符信息，倒序輸出for(int i = message.length() - 1; i >= 0; i--) putchar(*(str + i));// 換行cout.put('\n');return 0;
}

? ? ? ? 運行后輸出結果與3.2相同。