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Streams⚓︎

约 964 个字 90 行代码 预计阅读时间 6 分钟

流(stream) 是一种为设备提供的公共逻辑接口，能够按顺序 (sequentially) 读取或写入值。

它的优缺点是：

  • 优点：提供了更好的类型安全，具备可扩展性，体现更多面向对象的特征
  • 缺点：代码更加冗长，执行速度更慢

流的名称：

输入 输出 头文件
一般场景 istream ostream <iostream>
文件 ifstream ofstream <fstream>
字符串 istringstream ostringstream <sstream>

所有流的继承图：

流运算：

  • 提取符(extractor)：
    • 从流中读取值
    • 重载运算符 >>
  • 插入符(insertor)：
    • 将值插入到流中
    • 重载运算符 <<
  • 操纵符(manipulator)：改变流的状态
  • 其他 ...

流的种类：

  • 文本流
    • 用于处理 ASCII 文本
    • 以行的形式组织
    • 执行一些字符转换，比如将新的行转换为真正的 OS 文件
    • 包括：文件、字符缓冲区等
  • 二进制流
    • 用于处理二进制数据
    • 没有转换

预定义的流：

  • cin：标准输入，是 std::istream 的一个实例
  • cout：标准输出，是 std::ostream 的一个实例
  • cerr：未缓存的错误（调试）输出
  • clog：缓存的错误（调试）输出

预定义的提取符 istream >> lvalue 会忽视前导空白字符，它的定义如下：

istream& operator>>(istream& is, T& obj) {
    // specific code to read obj
    return is;
}

其他的输入运算符：

  • int get()：返回流里面的下一个字符，如果流里没有字符的话则返回 EOF

    int ch;
while ((ch = cin.get()) != EOF)
    cout.put(ch);

  • istream& get(char &ch)：将下一个字符放到参数里，功能和上一个输入运算符类似

  • istream& getline(istream& is, string& str, char delim = '\n');：读取输入流，直到遇到字符 delim，然后将读取结果存储在缓冲区 str 内

注意

在混用 cin 和 getline 时要当心——由于它们对输入流的处理方式不同（cin 会把换行符留在输入缓冲区中，而 getline 读取换行符后就把它丢掉），所以稍不留神就可能会出现意料之外的问题。

  • ignore(int limit = 1, int delim = EOF)：跳过 limit 个字符以及分隔符

  • int gcount()：返回刚刚读取的字符数

    string buffer;
getline(cin, buffer);
cout << "read " << cin.gcount() << " characters"

  • void putback(char)：将单个字符推回到流里面

  • char peek()：检查下一个字符，但不读取它

预定义的插入符 ostream << expression，它的定义如下：

ostream& operator<<(ostream& os, const T& obj) {
    // specific code to write obj
    return os;
}

其他的输出运算符：

  • put(char)：打印单个字符

    cout.put('a');
cerr.put('!');

  • flush()：强制输出流的内容

    cout << "Enter a number";
cout.flush();

Manipulators⚓︎

使用操纵符进行格式化，修改流的状态

  • 导入头文件：#include<iomanip>
  • 各种操纵符：
操纵符 效果 类型
dec, hex, oct 设置数值转换 I, O
endl 插入新行并清除流的内容 O
flush 清除流的内容（cout 和 endl 也具备该功能） O
setw(int) 设置字段宽度 I, O
setfill(char) 改变填充字符 I, O
setbase(int) 设置数字的基底 O
ws 跳过空白字符 I
setprecision(int) 设置浮点数精度 O

注

由于每次执行 endl 都会清除流缓冲区，所以成本较高；所以为了提升程序的性能，最好用换行符 '\n' 替代 endl。

例子 
#include <iostream>
#include <iomanip>
int main() {
    cout << setprecision(2) << 1000.243 << endl;
    cout << setw(20) << "OK!";
    return 0;
}

运行结果：

1e03
                OK!

我们可以自定义操纵符：

// skeleton for an output stream manipulator
ostream& manip(ostream& out) {
    ...
    return out;
}
ostream& tab(ostream& out) {
    return out << '\t';
}
cout << "Hello" << tab << "World!" << endl;

Stream Control⚓︎

std::ios 定义了所有输入 / 输出操作的通用功能和状态信息。

流标志控制格式：

标志 目的（何时设置）
ios::skipws 跳过前导空白字符
ios::left, ios::right 对齐
ios::internal 在符号和值之间填充
ios::dec, ios::hex, ios::oct 数字格式
ios::showbase 显示数字基底
ios::showpoint 始终显示小数点
ios::uppercase 让基底以大写形式呈现
ios::showpos 显示正数的 +

设置标志：

  • 使用操纵符：setiosflags(flags), resetiosflags(flags)
  • 使用 stream 成员变量：setf(flags), unsetf(flags)
例子 
#include <iostream>
#include <iomanip>
int main() {
    cout setf(ios::showpos | ios::scientific);
    cout << 123 << " " << 456.78 << endl;
    cout << resetiosflags(ios::showpos) << 123;
    return 0;
}

运行结果：

+123 +4.567800e+02
123

流的错误状态：

  • 每次操作后都会设置错误状态
  • clear() 用于重置错误状态为 good()
  • 状态检查：
    • good()：当状态有效时返回 true
    • eof()：当遇到 EOF 时返回 true
    • fail()：当出现轻微故障或不良状态时返回 true
    • bad()：当状态不良时返回 true
例子 
int n;
cout << "Enter a value for n, then [Enter]" << flush;
while (cin.good()) {
    cin >> n;
    if (cin) { // input was ok
        cin.ignore(INT_MAX, '\n'); // flush newline
        break;
    }
    if (cin.fail()) {
        cin.clear(); // clear the error state
        cin.ignore(INT_MAX, '\n'); // skip garbage
        cout << "No good, try again!" << flush;
    }
}

File Streams⚓︎

  • ifstream 和 ofstream 将文件和流连接起来
  • 需要导入头文件：#include <fstream>

  • 用模式指明如何创建文件：

    模式 目的
    ios:app 附加
    ios:ate 末尾位置
    ios:binary 处理二进制 I/O
    ios:in 为输入打开文件
    ios:out 为输出打开文件

相关的流操作：

  • open(const char *, int flags, int)：打开指定文件
  • is_open()：检验文件是否打开
  • close()：关闭流
  • fail()
例子 
int main() {
    /// associating file on construction
    std::ofstream ofs(“hello.txt”)
    if (ofs.is_open()) {
        ofs << “Hello CS106L!” << ‘\n’;
    }
    ofs.close();
    ofs << “this will not get written”;
    ofs.open(“hello.txt”, std::ios::app);
    ofs << “this will though! It’s open again”;
    return 0;
}

int inputFileStreamExample() {
    std::ifstream ifs(“append.txt”)
    if (ifs.is_open()) {
        std::string line;
        std::getline(ifs, line);
        std::cout << “Read from the file: “ << line << ‘\n’;
    }
    if (ifs.is_open()) {
        std::string lineTwo;
        std::getline(ifs, lineTwo);
        std::cout << “Read from the file: “ << lineTwo << ‘\n’;
    }
    return 0;
}

I/O Stream Buffers⚓︎

I/O 流缓冲区：

  • 每个 I/O 都有一个流缓冲区
  • 类 streambuf 定义了这个缓冲区的抽象
  • 成员函数 rdbuf() 返回指向流缓冲区的指针
  • << 被重载，用于直接连接缓冲区
例子 
#include <fstream>
#include <assert>
int main(int argc, char *argv[]) {
    assert(argc == 2);
    ifstream in(argv[1]);
    assert(in); // check that stream opened
    cout << in.rdbuf(); // Drain file!
}

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