c++输入和输出流
1 流的概念和流类库的结构
程序的输入指的是从输入文件将数据传送给程序,程序的输出指的是从程序将数据传送给输出文件。
C++输入输出包含以下三个方面的内容:
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。
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。
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。
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。常用的见表
ios是抽象基类,由它派生出istream类和ostream类,两个类名中第1个字母i和o分别代表输入(input)和输出(output)。 istream类支持输入操作,ostream类支持输出操作, iostream类支持输入输出操作。iostream类是从istream类和ostream类通过多重继承而派生的类。其继承层次见上图表示。
C++对文件的输入输出需要用ifstrcam和ofstream类,两个类名中第1个字母i和o分别代表输入和输出,第2个字母f代表文件 (file)。ifstream支持对文件的输入操作, ofstream支持对文件的输出操作。类ifstream继承了类istream,类ofstream继承了类ostream,类fstream继承了 类iostream。见图
I/O类库中还有其他一些类,但是对于一般用户来说,以上这些已能满足需要了。
1.与iostream类库有关的头文件
iostream类库中不同的类的声明被放在不同的头文件中,用户在自己的程序中用include命令包含了有关的头文件就相当于在本程序中声明了所需 要用到的类。可以换 —种说法:头文件是程序与类库的接口,iostream类库的接口分别由不同的头文件来实现。常用的有
iostream 包含了对输入输出流进行操作所需的基本信息。
fstream 用于用户管理的文件的I/O操作。
strstream 用于字符串流I/O。
stdiostream 用于混合使用C和C + +的I/O机制时,例如想将C程序转变为C++程序。
iomanip 在使用格式化I/O时应包含此头文件。
2.在iostream头文件中定义的流对象
在 iostream 头文件中定义的类有 ios,istream,ostream,iostream,istream 等。
在iostream头文件中不仅定义了有关的类,还定义了4种流对象,
在iostream头文件中定义以上4个流对象用以下的形式(以cout为例):
ostream cout ( stdout);
在定义cout为ostream流类对象时,把标准输出设备stdout作为参数,这样它就与标准输出设备(显示器)联系起来,如果有
cout <<3
就会在显示器的屏幕上输出3。
3.在iostream头文件中重载运算符
<<和>>本来在C++中是被定义为左位移运算符和右位移运算符的,由于在iostream头文件中对它们进行了重载, 使它们能用作标准类型数据的输入和输出运算符。所以,在用它们的程序中必须用include命令把iostream包含到程序中。
include
1).>>a表示将数据放入a对象中。
2 标准I/O流
标准I/O对象:cin,cout,cerr,clog
1.cout流对象
cout是console output的缩写,意为在控制台(终端显示器)的输出。强调几点。
cout不是C++预定义的关键字,它是ostream流类的对象,在iostream中定义。 顾 名思义,流是流动的数据,cout流是流向显示器的数据。cout流中的数据是用流插入 运算符<<顺序加入的。如果有:
cout<<“I “<<“study C++ “<<“very hard. << hello world !”;
按顺序将字符串”I “, “study C++ “, very hard.插人到cout流中,cout就将它们送 到显示器,在显示器上输出字符串I study C++ very hard.。cout流是容纳数据的载 体,它并不是一个运算符。人们关心的是cout流中的内容,也就是向显示器输出什么。
用cout<<输出基本类型的数据时,可以不必考虑数据是什么类型,系统会判断数 据的类型,并根据其类型选择调用与之匹配的运算符重 载函数。这个过程都是自动的, 用户不必干预。如果在C语言中用prinf函数输出不同类型的数据,必须分别指定相应 的输出格式符,十分麻烦,而且容易出错。C++的I/O机制对用户来说,显然是方便 而安全的。
cout流在内存中对应开辟了一个缓冲区,用来存放流中的数据,当向cout流插人一个endl时,不论缓冲区是否已满,都立即输出流中所有数据,然后插入一个换行符, 并刷新流(清空缓冲区)。注意如果插人一个换行符\n(如cout<
在iostream中只对”<<和>>运算符用于标准类型数据的输入输出进行了重载,但未对用户声明的类型数据的输入输出进行重载。如果用户声明了新的类型,并希望用<<和>>”运算符对其进行输入输出,按照重运算符重载来做。
2.cerr流对象
cerr流对象是标准错误流,cerr流已被指定为与显示器关联。
cerr的 作用是向标准错误设备(standard error device)输出有关出错信息。cerr与标准输出流cout的作用和用法差不多。
但有一点不同:cout流通常是传送到显示器输出,但也可以被重定向输出到磁盘文件,而cerr流中的信息只能在显示器输出。当调试程序时,往往不希望程序运行时的出错信息被送到其他文件,而要求在显示器上及时输出,这时 应该用cerr。cerr流中的信息是用户根据需要指定的。
3.clog流对象
clog流对象也是标准错误流,它是console log的缩写。它的作用和cerr相同,都是在终端显示器上显示出错信息。
区别:cerr是不经过缓冲区,直接向显示器上输出有关信息,而clog中的信息存放在缓冲区中,缓冲区满后或遇endl时向显示器输出。
缓冲区的概念:
3 标准输入流
标准输入流对象cin,重点掌握的函数
cin.get() //一次只能读取一个字符 cin.get(一个参数) //读一个字符 cin.get(两个参数) //可以读字符串 cin.getline() cin.ignore() cin.peek() cin.putback()
//cin.get void test01(){ if 0 char ch = cin.get(); cout << ch << endl; cin.get(ch); cout << ch << endl; //链式编程 char char1, char2, char3, char4; cin.get(char1).get(char2).get(char3).get(char4); cout << char1 << " " << char2 << "" << char3 << " " << char4 << " "; endif char buf[1024] = { 0 }; //cin.get(buf.1024); cin.getline(buf,1024); cout << buf; } //cin.ignore void test02(){ char buf[1024] = { 0 }; cin.ignore(2); //忽略缓冲区当前字符 cin.get(buf,1024); cout << buf << endl; } //cin.putback 将数据放回缓冲区 void test03(){ //从缓冲区取走一个字符 char ch = cin.get(); cout << "从缓冲区取走的字符:" << ch << endl; //将数据再放回缓冲区 cin.putback(ch); char buf[1024] = { 0 }; cin.get(buf,1024); cout << buf << endl; } //cin.peek 偷窥 void test04(){ //偷窥下缓冲区的数据 char ch = cin.peek(); cout << "偷窥缓冲区数据:" << ch << endl; char buf[1024] = { 0 }; cin.get(buf, 1024); cout << buf << endl; } //练习 作业 使用cin.get和putback完成类似功能 void test05(){ cout << "请输入一个数字或者字符串:" << endl; char ch = cin.peek(); if(ch >= 0 && ch <= 9){ int number; cin >> number; cout << "数字:" << number << endl; } else{ char buf[64] = { 0 }; cin.getline(buf, 64); cout << "字符串:" << buf << endl; } }
4 标准输出流
4.1 字符输出
//cout.flush 刷新缓冲区,linux下有效 void test01(){ cout << "hello world"; //刷新缓冲区 cout.flush(); } //cout.put 输出一个字符 void test02(){ cout.put(a); //链式编程 cout.put(h).put(e).put(l); } //cout.write 输出字符串 buf,输出多少个 void test03(){ //char* str = "hello world!"; //cout.write(str, strlen(str)); char* str = "*************"; for (int i = 1; i <= strlen(str); i ++){ cout.write(str, i); cout << endl; } for (int i = strlen(str); i > 0; i --){ cout.write(str, i); cout << endl; } }
4.2 格式化输出
在输出数据时,为简便起见,往往不指定输出的格式,由系统根据数据的类型采取默认的格式,但有时希望数据按指定的格式输出,如要求以十六进制或八进制形式输出一个整数,对输出的小数只保留两位小数等。有两种方法可以达到此目的。
1.使用控制符的方法;
2.使用流对象的有关成员函数。
4.2.1 使用流对象的有关成员函数通过调用流对象cout中用于控制输出格式的成员函数来控制输出格式。用于控制输出格式的常用的成员函数如下:
流成员函数setf和控制符setiosflags括号中的参数表示格式状态,它是通过格式标志来指定的。格式标志在类ios中被定义为枚举值。因此在引用这些格式标志时要在前面加上类名ios和域运算符::。格式标志见表13.5。
4.2.2 控制符格式化输出
C++提供了在输入输出流中使用的控制符(有的书中称为操纵符)。
//通过流成员函数 void test01(){ int number = 99; cout.width(20); cout.fill(*); cout.setf(ios::left); cout.unsetf(ios::dec); //卸载十进制 cout.setf(ios::hex); cout.setf(ios::showbase); cout.unsetf(ios::hex); cout.setf(ios::oct); cout << number << endl; } //使用控制符 void test02(){ int number = 99; cout << setw(20) << setfill(~) << setiosflags(ios::showbase) << setiosflags(ios::left) << hex << number << endl; }
4.2.3 对程序的几点说明
成员函数width(n)和控制符setw(n)只对其后的第一个输出项有效。如:
cout. width(6);
cout <<20 <<3.14<
输出结果为 203.14
在输出第一个输出项20时,域宽为6,因此在20前面有4个空格,在输出3.14时,width (6)已不起作用,此时按系统默认的域宽输出(按数据实际长度输出)。如果要求在输出数据时都按指定的同一域宽n输出,不能只调用一次width(n), 而必须在输出每一项前都调用一次width(n),上面的程序中就是这样做的。
在表13.5中的输出格式状态分为5组,每一组中同时只能选用一种(例如dec、hex和oct中只能选一,它们是互相排斥的)。在用成员函数setf和 控制符setiosflags设置输出格式状态后,如果想改设置为同组的另一状态,应当调用成员函数unsetf(对应于成员函数self)或 resetiosflags(对应于控制符setiosflags),先终止原来设置的状态。然后再设置其他状态,大家可以从本程序中看到这点。程序在开 始虽然没有用成员函数self和控制符setiosflags设置用dec输出格式状态,但系统默认指定为dec,因此要改变为hex或oct,也应当先 用unsetf 函数终止原来设置。如果删去程序中的第7行和第10行,虽然在第8行和第11行中用成员函数setf设置了hex和oct格式,由于未终止dec格式,因 此hex和oct的设置均不起作用,系统依然以十进制形式输出。
同理,程序倒数第8行的unsetf 函数的调用也是不可缺少的。
用setf 函数设置格式状态时,可以包含两个或多个格式标志,由于这些格式标志在ios类中被定义为枚举值,每一个格式标志以一个二进位代表,因此可以用位或运算符|组合多个格式标志。如倒数第5、第6行可以用下面一行代替: cout.setf(ios::internal I ios::showpos); //包含两个状态标志,用”|”组合
可以看到:对输出格式的控制,既可以用控制符(如例13.2),也可以用cout流的有关成员函数(如例13.3),二者的作用是相同的。控制符是在头文件iomanip中定义的,因此用控制符时,必须包含iomanip头文件。cout流的成员函数是在头文件iostream 中定义的,因此只需包含头文件iostream,不必包含iomanip。许多程序人员感到使用控制符方便简单,可以在一个cout输出语句中连续使用多种控制符。
4 文件读写
4.1文件流类和文件流对象
输入输出是以系统指定的标准设备(输入设备为键盘,输出设备为显示器)为对象的。在实际应用中,常以磁盘文件作为对象。即从磁盘文件读取数据,将数据输出到磁盘文件。和文件有关系的输入输出类主要在fstream.h这个头文件中被定义,在这个头文件中主要被定义了三个类,由这三个类控制对文件的各种输入输出操作,他们分别是ifstream、ofstream、fstream,其中fstream类是由iostream类派生而来,他们之间的继承关系见下图所示:
由于文件设备并不像显示器屏幕与键盘那样是标准默认设备,所以它在fstream头文件中是没有像cout那样预先定义的全局对象,所以我们必须自己定义一个该类的对象。ifstream类,它是从istream类派生的,用来支持从磁盘文件的输入。ofstream类,它是从ostream类派生的,用来支持向磁盘文件的输出。
fstream类,它是从iostream类派生的,用来支持对磁盘文件的输入输出。
4.2 C++打开文件
所谓打开(open)文件是一种形象的说法,如同打开房门就可以进入房间活动一样。 打开文件是指在文件读写之前做必要的准备工作,包括:
为文件流对象和指定的磁盘文件建立关联,以便使文件流流向指定的磁盘文件。
指定文件的工作方式,如:该文件是作为输入文件还是输出文件,是ASCII文件还是二进制文件等。
以上工作可以通过两种不同的方法实现:
ofstream outfile; //定义ofstream类(输出文件流类)对象outfile outfile.open("f1.dat",ios::out); //使文件流与f1.dat文件建立关联
第2行是调用输出文件流的成员函数open打开磁盘文件f1.dat,并指定它为输出文件,文件流对象outfile将向磁盘文件f1.dat输出数据。ios::out是I/O模式的一种,表示 以输出方式打开一个文件。或者简单地说,此时f1.dat是一个输出文件,接收从内存 输出的数据。
磁盘文件名可以包括路径,如”c:\\new\\f1.dat”,如缺省路径,则默认为当前目录下的文件。
在定义文件流对象时指定参数
在声明文件流类时定义了带参数的构造函数,其中包含了打开磁盘文件的功能。因此, 可以在定义文件流对象时指定参数,调用文件流类的构造函数来实现打开文件的功能。
几点说明:
新版本的I/O类库中不提供ios::nocreate和ios::noreplace。
每一个打开的文件都有一个文件指针,该指针的初始位置由I/O方式指定,每次读写都从文件指针的当前位置开始。每读入一个字节,指针就后移一个字节。当文件指针移到最后,就会遇到文件结束EOF(文件结束符也占一个字节,其值为-1),此时流对象的成员函数eof的值为非0值(一般设为1),表示文件结束 了。
ios::in | ios:: noreplace //打开一个输入文件,若文件不存在则返回打开失败的信息 ios::app | ios::nocreate //打开一个输出文件,在文件尾接着写数据,若文件不存在,则返回打开失败的信息 ios::out l ios::noreplace //打开一个新文件作为输出文件,如果文件已存在则返回打开失败的信息 ios::in l ios::out I ios::binary //打开一个二进制文件,可读可写
但不能组合互相排斥的方式,如 ios::nocreate l ios::noreplace。
- 如果打开操作失败,open函数的返回值为0(假),如果是用调用构造函数的方式打开文件的,则流对象的值为0。可以据此测试打开是否成功。如
if(outfile.open("f1.bat", ios::app) ==0) cout <<"open error"; 或 if( !outfile.open("f1.bat", ios::app) ) cout <<"open error";
4.3 C++关闭文件
在对已打开的磁盘文件的读写操作完成后,应关闭该文件。关闭文件用成员函数close。
如:outfile.close( ); //将输出文件流所关联的磁盘文件关闭
所谓关闭,实际上是解除该磁盘文件与文件流的关联,原来设置的工作方式也失效,这样,就不能再通过文件流对该文件进行输入或输出。 此时可以将文件流与其他磁盘文件建立关联,通过文件流对新的文件进行输入或输出。如:
outfile.open(“f2.dat”,ios::app|ios::nocreate);
此时文件流outfile与f2.dat建立关联,并指定了f2.dat的工作方式。
8.4.4 C++对ASCII文件的读写操作
如果文件的每一个字节中均以ASCII代码形式存放数据,即一个字节存放一个字符,这个文件就是ASCII文件(或称字符文件)。程序可以从ASCII文件中读入若干个字符,也可以向它输出一些字符。
用流插入运算符<<和流提取运算符>>输入输出标准类型的数据。<<和 >>都巳在iostream中被重载为能用于ostream和istream类对象的标准类型的输入输出。由于ifstream和 ofstream分别是ostream和istream类的派生类;因此它们从ostream和istream类继承了公用的重载函数,所以在对磁盘文件的操作中,可以通过文件流对象和流插入运算符<<及 流提取运算符>>实现对磁盘 文件的读写,如同用cin、cout和<<、>>对标准设备进行读写一样。
用文件流的put、get、geiline等成员函数进行字符的输入输出,:用C++流成员函数put输出单个字符、C++ get()函数读入一个字符和C++ getline()函数读入一行字符。
int main(){ char* sourceFileName = "./source.txt"; char* targetFileName = "./target.txt"; //创建文件输入流对象 ifstream ism(sourceFileName, ios::in); //创建文件输出流对象 ofstream osm(targetFileName,ios::out); if (!ism){ cout << "文件打开失败!" << endl; } while (!ism.eof()){ char buf[1024] = { 0 }; ism.getline(buf,1024); cout << buf << endl; osm << buf << endl; } //关闭文件流对象 ism.close(); osm.close(); system("pause"); return EXIT_SUCCESS; }
8.4.5 C++对二进制文件的读写操作
二进制文件不是以ASCII代码存放数据的,它将内存中数据存储形式不加转换地传送到磁盘文件,因此它又称为内存数据的映像文件。因为文件中的信息不是字符数据,而是字节中的二进制形式的信息,因此它又称为字节文件。
对二进制文件的操作也需要先打开文件,用完后要关闭文件。在打开时要用ios::binary指定为以二进制形式传送和存储。二进制文件除了可以作为输入文件或输出文件外,还可以是既能输入又能输出的文件。这是和ASCII文件不同的地方。
用成员函数read和write读写二进制文件
对二进制文件的读写主要用istream类的成员函数read和write来实现。这两个成员函数的原型为
istream& read(char *buffer,int len); ostream& write(const char * buffer,int len);
字符指针buffer指向内存中一段存储空间。len是读写的字节数。调用的方式为:
a. write(p1,50); b. read(p2,30);
上面第一行中的a是输出文件流对象,write函数将字符指针p1所给出的地址开始的50个字节的内容不加转换地写到磁盘文件中。在第二行中,b是输入文件流对象,read 函数从b所关联的磁盘文件中,读入30个字节(或遇EOF结束),存放在字符指针p2所指的一段空间内。
class Person{ public: Person(char* name,int age){ strcpy(this->mName, name); this->mAge = age; } public: char mName[64]; int mAge; }; int main(){ char* fileName = "person.txt"; //二进制模式读写文件 //创建文件对象输出流 ofstream osm(fileName, ios::out | ios::binary); Person p1("John",33); Person p2("Edward", 34); //Person对象写入文件 osm.write((const char*)&p1,sizeof(Person)); osm.write((const char*)&p2, sizeof(Person)); //关闭文件输出流 osm.close(); //从文件中读取对象数组 ifstream ism(fileName, ios::in | ios::binary); if (!ism){ cout << "打开失败!" << endl; } Person p3; Person p4; ism.read((char*)&p3, sizeof(Person)); ism.read((char*)&p4, sizeof(Person)); cout << "Name:" << p3.mName << " Age:" << p3.mAge << endl; cout << "Age:" << p4.mName << " Age:" << p4.mAge << endl; //关闭文件输入流 ism.close(); system("pause"); return EXIT_SUCCESS; }
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