04 流⚓︎

基础⚓︎

流（stream）：一种通用的 C++ 输入输出抽象方法。

抽象（abstraction）提供一种统一的接口，在「流」中这种接口是为了输入和输出数据。

常用的流：

• cin
• cout
• cerr：用于输出错误信息（无缓冲）
• clog：用于记录非关键事件的日志（有缓冲）

关于 cerr 和 clog 的更多内容戳这

在之后的讲解中，我们会经常用到下面这张表示 I/O 库的图：

cout⚓︎

std::cout 流是 std::ostream 的一个实例（instance），表示标准输出流，它能将数据写在控制台中。基本运算符为<<（称作插入符）。

std::cout << "Hello, World" << std::endl;

cin⚓︎

std::cin 流是 std::istream 的一个实例，表示标准输入流，它能从控制台读取数据。基本运算符为>>（称作提取符）。

读取控制台输入流的抽象过程：

字符串流⚓︎

字符串流（stringstream）用于处理混合数据类型的情况。现在来看下面的代码：

int main()
{
    std::string initial_quote = "Bjarne Stroustrup C makes it easy to shoot yourself in the foot";

    // 两种字符串流初始化方式
    // 1. 字符串构造函数
    std::stringstream ss(initial_quote);

    // 2. 插入字符串
    // std::stringstream ss;
    // ss << initial_quote;

    std::string first;
    std::string last;
    std::string language, extracted_quote;

    // >> 提取符按数据流顺序读取字符串的内容，
    // 以空白字符分隔（' ', '\n', '\t'）
    ss >> first >> last >> language >> extracted_quote;

    // 输出
    std::cout << first << "" << last << " said this: " << language << " " << extracted_quote << std::endl; 
}

getline()⚓︎

用法：istream& getline(istream& is, string& str, char delim)

• getline()读取一串输入流，直到读取字符delim时停止，将读到的数据存入缓冲区str中。
• delim 默认为 \n
• getline() 读取的数据包括字符delim

将上面代码的读取部分改成以下语句，就能使extracted_quote保存字符串剩余部分：

ss >> first >> last >> language;
std::getline(ss, extracted_quote);

输出流⚓︎

缓冲区释放⚓︎

输出流的字符在被释放（flush）到目的地之前会被存储在一个中间缓冲区内，且std::cout流是线性缓冲的，所以缓冲区的内容不会显示在外部源上，直到执行显式的释放操作。

如上图所示，std::endl除了起到换行的作用，还有释放缓存区的功能。

除了 std::flush 和 std::endl 外，在输出流末尾输出换行符\n也能起到类似释放缓冲区的作用，但实际表现有些不同。

例子

std::endl'\n'

int main()
{
    for (int i = 1; i <= 5; ++i)
    {
        std::cout << i << std::endl;
    }

    return 0;
}

动画演示

int main()
{
    for (int i = 1; i <= 5; ++i)
    {
        std::cout << i << '\n';
    }

    return 0;
}

动画演示

输出文件流⚓︎

输出文件流（output file streams）的类型为 std::ofstream，同样采用 << 插入符将数据送入文件内。

std::ofstream 常用的几种方法（更多内容看这里）：

• is_open()
• open()
• close()
• fail()

int main()
{
    // 在文件 hello.txt 中创建新的输出文件流
    std::ofstream ofs("hello.txt");

    // 检查文件是否打开，若是则将一段字符串写进文件内
    if (ofs.is_open())
    {
        ofs << "Hello CS106L!" << '\n';
    }

    // 关闭文件
    ofs.close();
    // 因此下面这个字符串不会被写入文件内
    ofs << "this will not get written";

    // 重新打开文件
    ofs.open("hello.txt");
    // 下面的字符串又可以被写入文件内，但是会覆盖文件原来的内容
    ofs << "this will though! It's open again";
    return 0;
}

输入流⚓︎

std::cin 同样也有缓冲区，它会将输入流数据逐个读入缓冲区内，直到遇到空白字符为止。

看下面的代码：

int main()
{
    double pi;
    double tao;
    std::string name;
    std::cin >> pi;
    std::cin >> name;
    std::cin >> tao;
    std::cout << "my name is: " << " tao is: " << tao << " pi is: " << pi << '\n';

    return 0;
}

std::cin 的缓冲区内容为：

易知 pi 的值为 3.14，name 的值为 Fabio，但 tao 的值为 0，因为它读取到的数据为 "Ibanez"，类型不匹配。事实上，我们希望 name 能够读取到完整的字符串，即"Faibio Ibanez"。

不难想到使用getline()函数——用std::getline(std::cin, name); 取代 cin >> name;。然而，这样简单的修改并没有奏效，此时 name 的值为"\n"，因为getline()默认会读取包含 \n 的字符串，且当（默认）遇到 \n 时停止读取，而std::cin遇到空白字符停止读取且不会读取空白字符，因此 3.14 后面的回车符就会被读取到 name 里，后面的字符串就被抛弃掉了。

解决方法是在 std::cin >> pi; 和 std::getline(std::cin, name); 之间再加一句与后者一样的语句，这样就可以先读取掉回车符，然后继续读取后面的字符串，直到遇到空白字符（这里是第二个回车符），此时 name 的值为 "Fabio Ibanez"。

由此可见，std::cin 和 getline() 混合使用时，因为读取规则的不同，很容易出现读取问题，因此在使用的时候尽可能避免这种情况的发生，如无法避免应当小心使用！

输入文件流⚓︎

输入文件流（input file streams）的类型为 std::ifstream，采用 >> 提取符从文件读取数据。它的方法类似输出数据流。

int inputFileStreamExample()
{
    std::ifstream ifs("append.txt");
    if (ifs.is_open())
    {
        std::string line;
        std::getline(ifs, line);
        std::out << "Read from the file: " << line << '\n';
    }

    if (ifs.is_open())
    {
        std::string lineTwo;
        std::getline(ifs, lineTwo);
        std::out << "Read from the file: " << lineTwo << '\n';
    }    

    return 0; 
}

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