C++ IO流

本章大纲

• 输出流和输入流的常用成员函数

• 流操纵符

• 流的错误状态

• 文件和流

• 文件操作

  • 打开文件
  • 读 / 写文件
  • 关闭文件

C++ IO

IO类型

是什么类型的输入输出，要看输入输出的对象是什么

• 以标准I/O设备为对象

  • 从键盘、鼠标得到的数据是进入内存的，该数据是输入数据。
  • 将数据从内存送到显示器、打印机等，该数据是输出数据。

• 以外存磁盘文件为对象

  • 内存中的数据存储到磁盘文件中，叫输出文件；
  • 从磁盘文件中的数据装载入内存中，叫输入文件。

• 以内存中指定的空间作为对象

  • 常指定一个字符数组作为存储空间，这种I/O称为字符串的输入输出。

数据流

• 数据之间的传输过程称作流(stream)

  • 输入流——表示数据从某个载体或设备传送到内存
  • 输出流——表示数据从内存传送到某个载体或设备

• 在进行I/O操作时

  • 首先进行“打开”操作，使流和文件发生联系
  • 建立联系后的文件才允许数据流入或流出
  • I/O结束后，使用“关闭”操作使文件与流断开联系

流对象

• C++将I/O流定义为类，叫做流类，stream类。属于流类的对象是流对象。

• 系统已经以运算符或函数的形式做好了对标准外设（键盘、显示器、打印机、文件）的接口，使用时只需按照要求的格式调用即可

  • cin，标准输入流对象
  • cout，标准输出流对象

IO流模板层次

IO库各种流类

类名	作用	头文件
ios	抽象基类	<iostream>
istream	通用输入流和其他输入流的基类	<iostream>
ostream	通用输出流和其他输出流的基类	<iostream>
iostream	通用输入输出流和其他输入输出流的基类	<iostream>
ifstream	输入文件流类	<fstream>
ofstream	输出文件流类	<fstream>
fstream	输入输出文件流类	<fstream>
istrstream	输入字符串流类	<strstream>
ostrstream	输出字符串流类	<strstream>
strstream	输入输出字符串流类	<strstream>

输入和输出流对象

• cout，标准输出
• cerr，标准错误输出，无缓冲，发送给cerr的内容立即被输出
• clog，类似cerr，有缓冲，缓冲区满时被输出
• cin，标准输入

标准输出流

数据流向：从内存流向标准输出设备(显示器)。

cout

在控制台(显示器)输出，用流插入运算符"<<"向cout输出数据

cout << "a="<< a << endl;
cout << 数据1 <<数据2 << 数据3;

cerr

在控制台(显示器)输出错误信息，用流插入运算符"<<向cerr输出数据

cerr << "除数为0, 出错!" << endl;

cerr的用法与cout类似。

• cout流对象与cerr流对象的不同之
  • cout的输出默认是显示器，但可以被重定向为输出到磁盘文件
  • cerr只能定向输出到显示器

clog

在控制台(显示器)输出错误信息，用流插入运算符"<<"向clog输出数据

clog << "除数为0, 出错!" << endl;

clog的用法与cerr类似。

• clog流对象与cerr流对象的不同之处
  • cerr是不经过缓冲区，直接向显示器输出有关信息。
  • clog的输出先存储在缓冲区，遇到缓冲区满或遇到endl时才向显示器输出。

void main() {
  float a, b, c, disc;
  cout << "输入a,b,c: ";
  cin >> a >> b >> c;
  if (a == 0)
    cerr << " a=0,  不是二次方程，出错！" << endl;
  else {
    disc = b * b - 4 * a * c;
    if (disc < 0)
      cerr << "二次方程无实根。" << endl;
    else {
      cout << "x1=" << (-b + sqrt(disc)) / (2 * a) << endl;
      cout << "x2=" << (-b - sqrt(disc)) / (2 * a) << endl;
    }
  }
}

用于控制输出格式的流成员函数

流成员函数	与之作用相同的控制符	作用
precision(n)	setprecision(n)	设置实数的精度为n位
width(n)	setw(n)	设置字符的宽度为n位
fill(c)	setfill(c)	设置填充字符c
setf()	setioflags()	设置输出格式状态，括号中应给出格式状态
unsetf()	resetioflags()	终止已设置的输出格式状态，在括号中应指定内容

设置格式状态的格式标志

格式标志	作用
ios::left	输出数据在本域宽范围内向左对齐
ios::right	输出数据在本域宽范围内向右对齐
ios::internal	数值的符号位在域宽内左对齐，数值右对齐，中间由填充字符填充
ios::dec	设置整数的基数为10
ios::oct	设置整数的基数为8
ios::hex	设置整数的基数为16
ios::showbase	强制输出整数的基数(八进制数以0打头，十六进制数以0x打头)
ios::showpoint	强制输出浮点数的小点和尾数0
ios::uppercase	在以科学记数法格式E和以十六进制输出字母时以大写表示
ios::showpos	对正数显示“+”号
ios::scientific	浮点数以科学记数法格式输出
ios::fixed	浮点数以定点格式(小数形式)输出
ios::unitbuf	每次输出之后刷新所有的流
ios::stdio	每次输出之后清除stdout, stderr

说明

• cout.width(n)与格式控制符setw(n)相似
• cout.fill(c)与格式控制符setfill(c)相似

#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
  int a = 21;
  cout.setf(ios::showbase);
  cout << "dec:" << a << endl;
  cout.unsetf(ios::dec);
  cout.setf(ios::hex);
  cout << "hex:" << a << endl;
  cout.unsetf(ios::hex);
  cout.setf(ios::oct);
  cout << "oct:" << a << endl;
  char *pt = "China";
  cout.width(10);
  cout << pt << endl;
  cout.width(10);
  cout.fill('*');
  cout << pt << endl;
  double pi = 22.0 / 7.0;
  cout.setf(ios::scientific);
  cout << "pi=";
  cout.width(14);
  cout << pi << endl;
  cout.unsetf(ios::scientific);
  cout.setf(ios::fixed);
  cout.width(12);
  cout.setf(ios::showpos);
  cout.setf(ios::internal);
  cout.precision(6);
  cout << pi << endl;
  return 0;
}

标准输入流

从标准输入设备(键鼠等)流向程序的数据流。

cin

int a, b;
cin >> a >> b;  // 从键盘输入2个整数

当输入时遇到无效的字符或遇到文件结束符 ctrl+z 时，cin处于出错状态,无法正常提取数据(cin=false)

if (!cin)
   cout<<“输入出错”;

#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
  float grade;
  cout << "enter grade:";
  while (cin >> grade) {  // 能从cin流读取数据
    if (grade >= 85) cout << grade << "GOOD!" << endl;
    if (grade < 60) cout << grade << "fail!" << endl;
    cout << "enter grade:";
  }
  cout << "The end." << endl;
  return 0;
}

istream和ostream

istream的公有成员函数

函数	功能
read	无格式输入指定字符数
get	从流中提取字符，包括空格
getline	从流中提取一行字符
ignore	提取并丢弃流中指定字符数
peek	返回流中下一个字符，但不从流中删除
gcount	统计最后输入的字符个数
eatwhite	忽略前导空格
seekg	移动输入流指针
tellg	返回输入流中指定位置的指针值

示例：

  istream& read(char* pch, int nCount);
  int get();  // 读取一个字符, 不跳过空白字符
  istream& get(char& rch); //  读取一行字符，不提取'\n'
  istream& get(char* pch, int nCount, char delim = '\n');

ostream的公有成员函数

函数	功能
put	无格式，插入一个字节（ostream& put(char ch);）
write	无格式，插入一字节序列(ostream& write(const char* pch, int nCount)😉
flush	刷新输出流
seekp	移动输出流指针
tellp	返回输出流中指定位置的指针

用于字符输入的流成员函数

cin.get()

功能：从输入流提取1个字符 返回值：

• 提取到的字符

• 若遇到文件结束符，则返回值为EOF,即 -1

  char ch;
  while ( (ch=cin.get())!=EOF)
  cout.put(ch); //字符输出的流成员函数，功能——在显示器上显示一个字符

cin.get(ch)

功能：从输入流提取1个字符放入ch;

返回值：

• 函数返回值就是非0值
• 若遇到文件结束符,则返回值为0

 char ch;
 while ( cin.get(ch)!=0)
 cout.put(ch);

cin.get(char*,n,ch)

cin.get(字符数组, 字符个数n, 终止字符)

cin.get(字符指针, 字符个数n, 终止字符)

功能：从输入流提取n-1个字符放入数组;

返回值：

• 函数返回值就是非0值
• 若遇到文件结束符,则返回值为0

 char str[20];
 cin.get(str, 10,“\n”);
 cout<<str;

cin.get()对比cin.getline()

cin.get(字符数组, 字符个数n, 终止字符)

cin.getline(字符指针, 字符个数n, 终止字符)

相同之处：

• 从输入流提取n-1个字符放入数组
• 函数返回值是非0值
• 若遇到文件结束符,则返回值为0

不同之处：

• 当读到终止字符时，
  • cin.getline()将指针移到终止字符之后；
  • cin.get()将指针移到终止字符处；
• 则下次继续读取时的位置就不同

#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
  char c1, c2, c3;
  char str1[80], str2[100];
  cout << "输入三个字符:";
  c1 = cin.get();
  cin.get(c2);
  cin.get(c3);
  cin.get();
  cout << "输入第一行字符串:";
  cin.get(str1, 80);
  cin.get();
  cout << "输入第二行字符串:";
  cin.getline(str2, 80);
  cout.put(c1).put(c2).put(c3).put('\n');
  cout.write(str1, 3);
  cout.write(str2, strlen(str2));
  cout.put('\n');
  return 0;
}
/*输入形式如下：
W
E
Abcdef
Abcdefg
输出结果？
*/

流错误状态

所有流都把流的状态存储在状态字中；不同标志位中存储不同的错误状态位；包含在类ios的enum成员中

流错误常量

标识常量	值	意义
ios::goodbit	0x00	状态正常
ios::eofbit	0x01	文件结束符，当文件尾时设置该标志
ios::failbit	0x02	IO操作失败，数据未丢失，可以恢复
ios::badbit	0x04	非法操作，数据丢失，不可恢复

流错误处理函数

函数	功能
int eof() const;	返回eofbit状态值。文件结束符时返回1，否则返回0
int fail() const;	返回failbit状态值
int good() const;	eofbit、failbit、badbit都没有被设置，则返回1
int bad() const;	badbit被设置，则返回1
int rdstate() const;	返回状态字
void clear(int nState=0);	恢复或设置状态字

#include <iostream>
using namespace std;
int integerValue;
// display results of cin functions
cout << "Before a bad input operation:"
     << "\ncin.rdstate(): " << cin.rdstate() << "\n    cin.eof(): " << cin.eof()
     << "\n   cin.fail(): " << cin.fail() << "\n    cin.bad(): " << cin.bad()
     << "\n   cin.good(): " << cin.good()
     << "\n\nExpects an integer, but enter a character: ";
cin >> integerValue;  // enter character value
cout << endl;
// display results of cin functions after bad input
cout << "After a bad input operation:"
     << "\ncin.rdstate(): " << cin.rdstate() << "\n    cin.eof(): " << cin.eof()
     << "\n   cin.fail(): " << cin.fail() << "\n    cin.bad(): " << cin.bad()
     << "\n   cin.good(): " << cin.good() << endl
     << endl;
cin.clear();  // clear stream
// display results of cin functions after clearing cin
cout << "After cin.clear()"
     << "\ncin.fail(): " << cin.fail() << "\ncin.good(): " << cin.good()
     << endl;
return 0;

文件操作与文件流

文件：存储在存储设备（磁带、光盘、软盘、硬盘等）上的数据的集合。

根据用途分类：程序文件、数据文件

根据内容分类：文本文件、二进制文件

• 文本文件：每个字节存储一个ASCII码，代表一个字符，每一行以'\n'结尾，文本结束符0x1A
  • 存储量大，速度慢，字符操作
• 二进制文件：数据以二进制形式存储。
  • 存储量小，速度快，存放中间结果
• 文本文件(ASCII文件)：
  • 文件中的内容都是字符, 以ASCII码形式存在文件内。如: 12345在文本文件中是以 ‘1’,’2’,’3’,’4’,’5’共 5个字符形式存储的
  • 每一个字节存放一个ASCII码，代表一个字符。其输出与字符一一对应，一个字节代表一个字符，因此便于对字符进行逐个处理。
  • 文本文件由文本行组成，每行中可以有0个或多个字符，并以换行符‘\n’结尾。
  • 文本结束标志是0x1A。
• 二进制文件：文件中的内容是以数据的二进制形式存储的。如: 12345在二进制文件中按1个整数类型以二进制形式存储,占4个字节空间
  • 把数据按其在内存中的存储形式原样存放在磁盘上，一个字节并不对应一个字符，不能直接输出字符形式。

流类图

文件流

• 用标准流进行I/O时，系统自动地完成数据类型的转换。
• 对于输入流，要将输入的字符序列形式的数据变换成计算机内部形式的数据（二进制或ASCII）后，再赋给变量，变换后的格式由变量的类型确定。
• 对于输出流，将要输出的数据变换成字符串形式后，送到输出流（文件）中。

文件操作与标准输入设备对比

在涉及文本文件的操作时，将输入文件看成键盘，将输出文件看成显示器，格式不变。只需在程序中增加打开与关闭文件的语句。

文件和流

n为文件长度，黑色方块■为文件结束符

文件操作

头文件#include <fstream>

1. 定义文件流对象
2. 打开文件
3. 读写文件
4. 关闭文件

1、定义文件流对象

//用于与一个输入文件建立联系
ifstream  infile;
//用于与一个输出文件建立联系
ofstream  outfile;
//用于与一个输入输出文件建立联
fstream  iofile;

2、打开文件

• 与外部文件关联；
• 指定文件的打开方式；
• 方法一：调用流类带参数的构造函数，建立流对象时连接外部文件
• 方法二：先建立流对象，后调用fstream::open()函数

方法一：

流类 对象名（文件名，打开方式）

ifstream infile ( "datafile.dat" , ios::in );
ofstream outfile ( "d:\\newfile.dat" , ios::out );
fstream rwfile ( "myfile.dat" , ios::in | ios::out );//用 “|”（或运算符）连接两个表示打开方式的标识常量
ofstream  ofile ("a:\\binary", ios::binary | ios::app );//打开一个二进制文件进行追加操作

打开方式常量表：

标识常量	意义
ios::in	只读打开
ios::out	只写打开
ios::ate	文件指针指向尾部
ios::app	追加写
ios::trunc	删除文件原有内容
ios::binary	二进制打开
`ios::in	ios::out`
`ios::out	ios::binary或ios::in

方法二：

流类  对象名 ;
对象名.open ( 文件名 , 方式 ) ;

//打开一个已有文件datafile.dat，准备读：
ifstream infile ;  // 建立输入文件流对象
infile.open( "datafile.dat" , ios::in ) ;  // 连接文件，指定打开方式

//打开（创建）一个文件newfile.dat，准备写：
ofstream outfile ;  // 建立输出文件流对象
outfile.open( "d:\\newfile.dat" , ios::out ) ;  // 连接文件，指定打开方式

文件读写操作

infile >> x;
outfile << y;

文件关闭操作

• 关闭文件操作包括把缓冲区数据完整地写入文件，添加文件结束标志，切断流对象和外部文件的连接

• 当一个流对象的生存期结束，系统也会自动关闭文件；

• 若流对象的生存期没有结束，用close()关闭文件后，该流对象可以重用．

• 文件读写完毕，必须关闭

  • void ifstream::close( );
  • void ofstream::close( );
  • void fstream::close( );

infile.close( );   //切断与输入文件 myfile1.txt 的联系
outfile.close( ); //切断与输出文件 myfile2.txt 的联系
iofile.close( ); //切断与输入输出文件 myfile3.txt 的联系

打开与关闭错误

检测文件是否成功打开，可在条件表达式中使用取反操作符（！）测试流状态 (一般是读文件的时候用）

if( !outfile)    //  之前outfile.open(“myfile2.dat”)
{    cerr<<” error: unable to open file2！”;   }

为了测试成功关闭文件，可以调用fail()函数

myfile2.close();
if(myfile2.fail())
   cerr<<”Error to close myfile2! ;”

从文件读取数据

将文件类对象看成键盘和显示器即可

ifstream  infile;  //定义输入文件类对象
infile.open("myfile1.txt"); //利用函数打开某一文件
float  x , y;
infile>>x>>y;//用infile代替myfile1.txt进行操作。

把数据写到文件

ofstream  outfile;  //定义输出文件类对象
outfile.open("myfile2.txt"); //利用函数打开某一文件
  float x＝3 , y＝4;
outfile<<x<<'\t'<<y<<endl;//用outfile代替myfile2.txt 进行操作。

关闭文件

ifstream  infile;
ofstream outfile；
infile.open("myfile1.txt");
outfile.open("myfile2.txt");
float x,y;
infile>>x>>y;
outfile<<x<<'\t'<<y<<endl;
infile.close();
outfile.close();

本章总结