C/C++ 语言系列（十一）I/O 库总结

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Input/Output library

下图是 C++ 提供的输入/输出库，其中：

  • <xxx> 表示：头文件
  • 白框表示：类（Classes）
  • 黑框表示：对象（Objects）

Input/Output library

The iostream library is an object-oriented library that provides input and output functionality using streams.

A stream is an abstraction that represents a device on which input and ouput operations are performed. A stream can basically be represented as a source or destination of characters of indefinite length.

Streams are generally associated to a physical source or destination of characters, like a disk file, the keyboard, or the console, so the characters gotten or written to/from our abstraction called stream are physically input/output to the physical device. For example, file streams are C++ objects to manipulate and interact with files; Once a file stream is used to open a file, any input or output operation performed on that stream is physically reflected in the file.

To operate with streams, C++ provides the standard iostream library, which contains the following elements:

Elements of the iostream library

Basic class templates

The base of the iostream library is the hierarchy of class templates. The class templates provide most of the functionality of the library in a type-independent fashion.

Class template instantiations

The library incorporates two standard sets of instantiations of the entire iostream class template hierarchy:

  • The narrow-oriented (char type) instantiation is probably the better known part of the iostream library. Classes like ios, istream and ofstream are narrow-oriented. The diagram on top of this page shows the names and relationships of narrow-oriented classes.

  • The classes of the wide-oriented (wchar_t) instatiation follow the same naming conventions as the narrow-oriented instantiation but with the name of each class and object prefixed with a w character, forming wios, wistream and wofstream, as an example.

Objects

As part of the iostream library, the header file <iostream> declares certain objects that are used to perform input and output operations on the standard input and output.

They are divided in two sets:

  • narrow-oriented objects: cin, cout, cerr and clog
  • wide-oriented objects: wcin, wcout, wcerr and wclog

Manipulators

Manipulators are global functions designed to be used together with insertion (<<) and extraction (>>) operators performed on iostream stream objects. They generally modify properties and formatting settings of the streams.

常用头文件

下列这些头文件在 C++ 编程中很常用，下面分别介绍：

头文件 函数和描述
<iostream> 该文件定义了 cin、cout、cerr 和 clog 对象，用于输入输出。
<iomanip> 该文件通过所谓的参数化的流操纵器（比如 setw、setfill、setprecision），来声明对执行标准化 I/O 有用的服务。
<fstream> 该文件定义了 ifstream、ofstream、fstream 对象，用于文件读写。

<iostream>

下图摘录了 iostream 类的继承关系及成员函数，如下：

iostream classes

http://www.cplusplus.com/doc/tutorial/basic_io/

http://www.cplusplus.com/reference/iolibrary/

output stream

输出流与流插入运算符 << 配合使用。<iostream> 提供了下列三种输出流对象：

  • cout 标准输出流（默认设备是显示器屏幕）
  • cerr 无缓冲标准错误输出流（默认设备是显示器屏幕）
  • clog 有缓冲标准错误输出流（默认设备是打印机）

此外，<iostream> 还提供了一个常用的操纵符：

  • endl Insert newline and flush

例子：

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// 定义一些头文件，这些头文件包含了程序中必需的或有用的信息。
#include <iostream>
// 告诉编译器使用 std 命名空间。命名空间是 C++ 中一个相对新的概念。使用该命名空间之后，std::cout 可以简写为：cout
using namespace std;

// 主函数，程序从这里开始执行。
int main()
{
  // 在屏幕上输出 "Hello World"
  cout << "hello world" << std::endl;
  
  // 终止 main() 函数，并向调用进程返回值 0。
  return 0;
}

// 使用 g++ 编译器，编译 cpp 源文件为可执行文件，并执行之
// cd "/Users/wuqd/Documents/workspace/cpp/" && g++ HelloWorld.cpp -o HelloWorld && "/Users/wuqd/Documents/workspace/cpp/"HelloWorld

运行结果：hello world

input stream

输入流与流提取运算符 >> 配合使用。<iostream> 提供了下列一种输入流对象：

  • cin 标准输入流（默认设备是键盘）

例子：

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cin >> name;
cin >> age;

// 流提取运算符 >> 在一个语句中可以多次使用，如果要求输入多个数据，可以使用如下语句:
cin >> name >> age;

<iomanip> 流操纵器

常用流操纵器函数如下：

函数 作用
setw Set field width
setfill Set fill character
setprecision Set decimal precision
…

setw 函数用于设置字段的宽度，只对紧接着的输出产生作用。当后面紧跟着的输出字段长度小于 n 的时候，在该字段前面默认用空格补齐，当输出字段长度大于 n 时，全部整体输出。如下：

setw

例子：

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#include <iostream>
#include <iomanip>
using namespace std;
 
/* 
 * 测试 I/O
 */
int main()
{
  double pi = 3.1415926;

  // 默认右补位，可以使用 setf() 进行左补位
  cout.setf(ios::left);

  // setprecision() 包含小数点
  cout << setfill('*') << setw(5) << setprecision(3) << pi << endl;

  return 0;
}

运行结果：3.14*

参考：

https://www.runoob.com/w3cnote/cpp-func-setw.html

<fstream> 文件读写

<fstream> 定义了下面三个对象，用于文件读写：

数据类型 描述
ofstream 该数据类型表示输出文件流，用于创建文件并向文件写入信息。
ifstream 该数据类型表示输入文件流，用于从文件读取信息。
fstream 该数据类型通常表示文件流，且同时具有 ofstream 和 ifstream 两种功能，这意味着它可以创建文件，向文件写入信息，从文件读取信息。

例子：

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#include <iostream>
#include <fstream>
using namespace std;

void output() {
  ofstream myfile;
  // 打开文件
  myfile.open("/Users/wuqd/Desktop/test", ios::app);  // ios::app 表示追加模式。所有写入都追加到文件末尾。
  // 写入文件
  myfile << "helloworld" << endl;
  // 关闭文件
  myfile.close();
}

void input() {
  ifstream in;
  // 打开文件
  in.open("/Users/wuqd/Desktop/test");
  char data[100];
  // 读取文件
  while (in >> data) {
    // 输出到屏幕
    cout << data << endl;
  }
  // 关闭文件
  in.close();
}

int main() {
  output();
  input();
  return 0;
}

参考：

https://www.cplusplus.com/doc/oldtutorial/files/

https://www.runoob.com/cplusplus/cpp-files-streams.html