C++修煉：IO流

?????????Hello大家好！很高興我們又見面啦！給生活添點passion，開始今天的編程之路！

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我的專欄：《編程之路》、《數據結構與算法之美》、《C++修煉之路》、《Linux修煉：終端之內洞悉真理》

感謝你打開這篇博客！希望這篇博客能為你帶來幫助，也歡迎一起交流探討，共同成長。

1、C++中的IO庫

2、IO流狀態

3、管理輸出緩沖區

4、標準IO流? ? ? ??

5、文件IO流

6、string IO流

1、C++中的IO庫

? ? ? ? C++不僅支持從控制臺讀取數據，還支持從設備中讀取數據和向設備中寫入數據的IO操作，設備可以是文件、控制臺窗口等。?

? ? ? ? C++中的IO庫是通過一個龐大的繼承體系來實現的。這個套體系包含了標準IO流，文件IO流，stringIO流等等。也就是說，我們之前使用的都是標準IO流，從控制臺讀取字符。但實際上還支持從文件讀取，對string字符串，對寬字符進行IO操作。

2、IO流狀態

? ? ? ? 在IO的過程中可能會出現各種錯誤，IO流對象中給了四種狀態標識錯誤。?? ? ??

? ? ? ? ?默認都是good狀態，eofbit表示讀到了文件末尾，badbit表示系統級錯誤，如不可恢復的讀寫錯誤，通常情況下，badbit?旦被設置了，流就無法再使用了。failbit表示?個邏輯錯誤，如期望讀取?個整形，但是卻讀取到?個字符，failbit被設置了，流是可以恢復的，恢復以后可以繼續使用。

? ? ? ? 我們在cin變量的時候，如果我們的變量是int類型，但是我們輸入的是一個字符，那么這時候就會標識為failbit：

#include<iostream>
using namespace std;int main()
{int i = 0;cin >> i;//輸入一個字符cout << cin.good() << endl;cout << cin.eof() << endl;cout << cin.fail() << endl;cout << cin.bad() << endl;return 0;
}

輸出結果：

? ? ? ? 那么這個時候，我們就得想辦法恢復狀態：

#include <iostream>
using namespace std;int main() {int i = 0;cin >> i; // 輸入一個字符（比如 'x1'）cout << cin.good() << endl;  // 0（false）cout << cin.eof() << endl;   // 0（false）cout << cin.fail() << endl;  // 1（true）cout << cin.bad() << endl;   // 0（false）if (cin.fail()) {cin.clear(); // 必須先清除錯誤狀態，否則后續操作無效// 清除所有非數字字符（包括換行符）char ch;while (cin.get(ch) && !(ch >= '0' && ch <= '9')) {cout << ch;}// 如果讀取到數字，放回緩沖區供下一次 cin >> i 讀取if (ch >= '0' && ch <= '9') {cin.putback(ch);//重新放回到輸入流中}cout << endl;}//if (cin.fail())
//{
//    // clear可以恢復流狀態位goodbitcin.clear();
//    // 我們還要把緩沖區中的多個字符都讀出來，讀到數字停下來，否則再去cin >> i還是會失敗//    char ch = cin.peek();
//    while (!(ch >= '0' && ch <= '9'))
//    {
//        ch = cin.get();
//        cout << ch;
//        ch = cin.peek();
//    }
//    cout << endl;
//}cout << cin.good() << endl;  // 1（true）cout << cin.eof() << endl;   // 0（false）cout << cin.bad() << endl;   // 0（false）cout << cin.fail() << endl;  // 0（false）cin >> i; // 現在可以正常讀取數字cout << i << endl;return 0;
}

輸出結果：

3、管理輸出緩沖區

?????????在輸出的時候，我們的結果不是直接輸出到控制臺的，而是先輸出到內存中的緩沖區。也就是說，操作系統可能會把多個輸出操作合并成一個輸出操作。不論是Windows系統還是Linux系統都是這樣，我們可以驗證一下：

#include <iostream>
#include<windows.h>
using namespace std;int main() {cout << "test1" << endl;cout << "test2" << endl;cout << "test3" << endl;cout << "test4" << endl;Sleep(5);//系統休眠五秒return 0;
}

? ? ? ? ?我們執行這串代碼，發現，在執行之后，控制臺窗口光標閃爍大約五秒，之后一次性輸出了所有的字符串。那么在這五秒中，這些字符串就在緩沖區中存放著。

? ? ? ? 那么為什么會這樣設計呢？因為設備的IO操作通常是很耗時的，允許操作系統將多個輸出操作組合為單一的設備寫操作會帶來很大的性能提升。

? ? ? ? ?每次觸發緩沖區刷新，我們緩沖區的內容就會輸出到控制臺或者文件中。那么什么情況下會觸發緩沖區刷新呢？第一，程序正常結束；第二緩沖區滿了；第三，當輸出操作符endl或者flush會立即刷新緩沖區；第四，我們使用了操作符unitbuf設置流的內部狀態沒來清空緩沖區，cerr設置了unitbuf,所以cerr輸出都是立即刷新的；第五，一個輸出流關聯到另一個流時，當這個流被讀寫時，輸出流會立即刷新緩沖區。

? ? ? ? 我們詳細說一下第五條。第五條是通過tie來實現的，比如，默認情況下cin和cout是綁定在一起的所以說當我們cin時，會刷新cout的緩沖區。我們也可以手動綁定cin和其他的東西。在競賽的時候，我們有時會關閉C++和C在每次輸入輸出后同步，解綁cin和cout關聯綁定的其他流。這些操作本質上都是為了提升效率。

ios_base::sync_with_stdio(false);//關閉C流與C++流同步
//解綁cin和cout關聯綁定的其他流
cin.tie(nullptr);
cout.tie(nullptr);

使用案例：?

#include<iostream>
#include<fstream>
using namespace std;
void func(ostream& os)
{os << "hello world";os << "hello C++";system("pause");//os << endl;//os << flush;//int i;//cin >> i;os << "hello cat";// "hello cat"是否輸出不確定system("pause");
}
int main()
{ofstream ofs("test.txt");//func(cout);// unitbuf設置后，ofs每次寫都直接刷新//ofs << unitbuf;// cin綁定到ofs，cin進?讀時，會刷新ofs的緩沖區// cin.tie(&ofs);func(ofs);return 0;
}

? ? ? ? ?大家可以測試一下以上代碼。

? ? ? ? 另外再說一下endl，endl其實是一個函數，endl相比\n的區別就是endl除了換行，還會強制刷新緩沖區。

4、標準IO流? ? ? ??

? ? ? ???這部分就比較熟悉了。C++標準IO流是默認關聯到控制臺窗口的。cin是istream類型全局對象，cout/cerr/clog是ostream類型的全局對象。內置類型都對這兩個類進行了重載，自定義類型粗腰自己重載<<和>>運算符。

? ? ? ? istream的cin對象支持轉換為bool值，進行條件邏輯判斷。如果讀取失敗（cin被標識eofbit或falibit）就會返回false。

int a = 0, b = 0;
while (cin >> a >> b)//如果讀取失敗會返回false，跳出循環
{cout << a << " " << b;
}

5、文件IO流

? ? ? ? ?文件IO流包含ofstream,ifstream,fstream,其中ofstream是輸出文件流，我們可以理解為，現在的輸出不是輸出到控制臺上了，而是輸出到文件中。ifstream是輸入文件流，可以從文件中讀入數據。fstream是ifstream和ofstream的派生類，即可以讀也可以寫。

? ? ? ? 文件IO流提供了非常豐富的文件打開方式，這些文件打開方式通過 | 可以組合起來，搭配出來更多種方式。搭配的方式是比C語言的文件操作更豐富的。

? ? ? ? 文件打開方式是通過 std::ios_base?標志位組合實現的，常用的標志位包括：

std::ios_base::in：以讀取方式打開文件。
std::ios_base::out：以寫入方式打開文件。
std::ios_base::app：以追加模式打開文件，寫入內容追加到文件末尾（總是在文件尾）。
std::ios_base::ate：打開文件后立即定位到文件末尾。
std::ios_base::trunc：如果文件已存在，清空文件內容。
std::ios_base::binary：以二進制模式打開文件。

? ? ? ? 這些值都是ios_base中定義的成員變量繼承下來的，并且他們也是組合的獨立二進制位值，需要組合時，可以或到一起。以下是他們可以搭配出的各種方式和C語言打開文件方式的對應。

? ? ? ? 對于圖片這種非文本文件，我們需要使用二進制打開方式，暴力的把所有的內容都讀取出來。

????????接下來我們通過代碼分別看幾個文件打開方式。?

#include<iostream>
#include<fstream>
using namespace std;
int main()
{ofstream ofs("test.txt");ofs.put('x');ofs.write("hello\nworld", 11);//一般使用\nofs << "2222";int x = 3333;ofs << x;ofs.close();ofs.open("test.txt", ios_base::out);//寫入文件（覆蓋）//或ofs.open("test.txt", ios_base::trunc);ofs.close();ofs.open("test.txt", ios_base::out | ios_base::app);//寫入文件（追加）ofs << "555" << endl;//需要注意，如果用out和ate其實會覆蓋ofs.open("test.txt", ios_base::in | ios_base::out);//讀寫文件（不覆蓋）ofs << "666" << endl;ofs.close();ofs.open("test.txt", ios_base::in | ios_base::out | ios_base::trunc);//讀寫文件（覆蓋）ofs << "777" << endl;ofs.close();std::fstream file("example.bin", std::ios::in | std::ios::out | std::ios::binary);//二進制模式打開文件return 0;
}

? ? ? ? 此外，我們用C++的文件操作實現圖片的復制操作。對于圖片來說，我們只能使用二進制，暴力的復制。注意在二進制讀寫時我們不能讀寫string。因為這時候我們讀的實際上是一個指向堆空間的指針，當string對象析構后，這塊空間就被釋放了。

#include<iostream>
#include<fstream>
using namespace std;
int main()
{// 實現?個圖??件的復制，需要??進制?式打開讀寫，第?個參數可以給?件的絕對路徑ifstream ifs("C:\\Users\\nobody\\Desktop\\test.png",ios_base::in | ios_base::binary);ofstream ofs("C:\\Users\\nobody\\Desktop\\test-copy.png",ios_base::out | ios_base::binary);int n = 0;while (ifs && ofs){char ch = ifs.get();ofs << ch;++n;}cout << n << endl;return 0;
}

? ? ? ? 需要注意，使用文件IO流時，ifstream和cin的規則類似，都提取到空格或者換行就終止。所以說我們要注意，如果文件中的文本是連成一片的，此時我們使用ifstream提取一個string類型的對象，實際上是把這一片內容去哪都提取走了。?

6、string IO流

? ? ? ? ostringstream是string的寫入流，ostringstream是ostream的派生類。istringstream是string的讀出流，istringstream是istream的派生類。stringstream是ostringstream和istringstream的派生類，即可以讀也可以寫。

? ? ? ? 我們來看一下案例了解一下：

#include <sstream>
#include <iostream>
#include <iomanip>
int main() {std::ostringstream oss;oss << "Hello, " << 42 << " world!";std::string result = oss.str();std::cout << result << std::endl;std::ostringstream oss1;oss1 << std::setprecision(3) << 3.14159;//設置精度，包含在頭文件iomanipstd::string result1 = oss1.str();std::cout << result1 << std::endl;return 0;
}

?????????istringstream：

#include <iostream>
#include <sstream>
#include <string>int main() {std::string data = "42 3.14 hello";std::istringstream iss(data);int num;double pi;std::string str;iss >> num >> pi >> str;std::cout << num << ", " << pi << ", " << str << std::endl;}

?????????stringstream：

????????stringstream系列底層維護了?個string類型的對象用來保存結果，使用方法跟上面的文件流類似，只是數據讀寫交互的都是底層的string對象。string流使用str函數獲取底層的string對象，或者寫入底層的string對象，具體細節參考下面代碼理解

#include <iostream>
#include <sstream>
#include <string>
#include<vector>int main() {std::stringstream ss;ss << "Hello, " << 123 << " world!";std::string result = ss.str();std::cout << result << std::endl; // 輸出：Hello, 123 world!std::string input = "apple orange banana";std::stringstream ss1(input);std::string token;std::vector<std::string> tokens;while (ss1 >> token) {tokens.push_back(token);}for (const auto& t : tokens) {std::cout << t << std::endl;}std::stringstream ss2;ss2 << "First use";std::cout << ss2.str() << std::endl;ss2.clear();ss2.str("");ss2 << "Second use";std::cout << ss2.str() << std::endl;return 0;
}

? ? ? ? 好了，今天的內容就分享到這，我們下期再見！