流類簡介

C++中凡是數據從一個地方傳輸到另一個地方的操作都是流的操作。因此，一般意義下的讀操作在流數據抽象中被稱為（從流中）“提取”，寫操作被稱為（向流中）“插入”。

iostream流類庫的類關系圖如下：

流類庫關系圖

圖中箭頭代表派生關系。ios是抽象基類，提供輸入/輸出所需的公共操作，它派生出兩個類istream和ostream。為了避免多重繼承的二義性，從ios派生istream和ostream時，均使用了virtual關鍵字（虛繼承）。

stream類提供了流的大部分輸入操作，對系統預定義的所有輸入流重載提取運算符>>。ostream類對系統預定義的所有輸出流重載插入運算符<<。

C++的iostream類庫提供了數百種I/O功能，iostream類庫的接口部分包含在幾個頭文件中。常見的頭文件有以下3個：

1. iostream：包含操作所有輸入/輸出流所需要的基本信息，因此大多數C++程序都應包含這個頭文件。該文件含有4個標準流對象，提供了無格式化和格式化的I/O功能。
2. iomanip：包含格式化I/O的帶參數流操縱符，可用于指定數據輸入/輸出的格式。
3. fstream：包含處理文件的有關信息，提供建立文件、讀/寫文件的各種操作接口。

標準流對象

C++在頭文件iostream中為了用戶預定義了4個標準流對象，分別是：

• cin（標準輸入流），cin與標準輸入設備（鍵盤）相關聯，用于讀取數據，可以被重定向為從文件中讀取數據。
• cout（標準輸出流），cout與標準輸出設備（顯示器）相關聯，用于輸出數據，可以被重定向為向文件里寫入數據。
• cerr（非緩沖錯誤輸出流），cerr與標準錯誤信息輸出設備（顯示器）相關聯（非緩沖），用于輸出出錯信息，不能被重定向。
• clog（緩沖錯誤輸出流），clog與標準錯誤信息輸出設備相關聯（緩沖），用于輸出出錯信息，不能被重定向。

在實際中，cin常用于從鍵盤輸入數據，是流類istream的對象。cout常用于向屏幕輸出數據，是流類ostream的對象。

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int x, y;
    cin >> x >> y;
    //函數`freopen()`的功能是將`stream`按`mode`指定的模式重定向到路徑`path`指向的文件。
    //將標準輸出定向到文件test.txt
    freopen("test.txt", "w", stdout);
    
    if (y == 0) {
        cerr << "error" << endl;
    } else {
        cout << x << " / " << y << " = " << x / y << endl;
    }

    return 0;
};

控制I/O格式

C++進行I/O格式控制的方式一般有使用流操縱符、設置標志字和調用成員函數。

流操縱符

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

int main() {
    int n = 65535, m = 20;
    
    //1.分別輸出一個整數的十進制、十六進制和八進制表示
    cout << "1)" << n << " = " << hex << n << " = " << oct << n << endl;
    //1)65535 = ffff = 177777
    
    //2.使用setbase分別輸出一個整數的十進制、十六進制和八進制表示
    cout << "2)" << setbase(10) << m << " = " << setbase(16) << m << " = " << setbase(8) << m << endl;
    //2)20 = 14 = 24
    
    //3.使用showbase和setbase分別輸出一個整數的十進制、十六進制和八進制表示
    cout << "3)" << showbase;//輸出表示數值進制的前綴
    cout << setbase(10) << m << " = " << setbase(16) << m << " = " << setbase(8) << m << endl;
    //3)20 = 0x14 = 024

    return 0;
};

標志字

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

int main() {
    double x = 12.34;
    
    cout << "1)" << setiosflags(ios::scientific | ios::showpos) << x << endl;
    cout << "2)" << setiosflags(ios::fixed) << x << endl;
    cout << "3)" << resetiosflags(ios::fixed) << setiosflags(ios::scientific | ios::showpos) << x << end;
    cout << "4)" << resetiosflags(ios::showpos) << x << endl;
    //1)+1.234000e+001
    //2)+12.34
    //3)+1.234000e+001
    //4)1.234000e+001

    return 0;
};

調用cout的成員函數

#include <iostream>
using namespace std;

int main(){
    double values[] = {
        1.23,
        20.3456,
        300.4567,
        4000.45678,
        50000.1234567
    };
    
    cout.fill('*');//設置填充字符為`*`
    for (int i = 0; i < sizeof(values) / sizeof(double); i++) {
        cout << "values[" << i << "] = (";
        cout.width(10);//設置輸出寬度
        cout << values[i] << ")" << endl;
    }
    /*
    values[0] = (******1.23)
    values[1] = (***20.3456)
    values[2] = (***300.457)
    values[3] = (***4000.46)
    values[4] = (***50000.1)
    */
    
    cout.fill(' ');//設置填充字符為空格
    for (int j = 0; j < sizefo(values) / sizeof(double); j++) {
        cout << "values[" << j << "] = (" 
        cout.width(10);//設置輸出寬度
        cout.precision(j + 3);//設置保留有效數字
        cout << values[j] << ")" << endl;
    }
    /*
    values[0] = (     1.23)
    values[1] = (    20.35)
    values[2] = (   300.46)
    values[3] = (  4000.46)
    values[4] = ( 50000.12)
    */
    
    return 0;
};

調用cin的成員函數

istream類提供了一些公有成員函數，它們可以以不同的方式提取輸入流中的數據。

get()函數

#include <iostream>
using namespace std;
 
int main() {
    int n = 0;
    char ch;
    //當文件沒有結束時繼續進行循環
    while ((ch = cin.get()) != EOF) {
        cout.put(ch);
        n++;
    }
    cout << "輸入字符共計：" << n << endl;
};

在Windows環境下，當進行鍵盤輸入時，在單獨的一行按ctrl + z組合鍵后再按enter鍵就代表文件輸入結束。

getline()函數

getline()成員函數的原型如下：

istream & getline(char *buf, int bufSize);

其功能是從輸入流中的當前字符開始讀取bufSize - 1個字符到緩沖區buf，或讀到\n為止（哪個條件先滿足即按哪個執行）。函數會在buf中讀入數據的結尾自動添加串結束標記\0。

istream & getline(char *buf, int bufSize, char delim);

其功能是從輸入流中的當前字符開始讀取bufSize - 1個字符到緩沖區buf，或讀到字符delim為止（哪個條件先滿足即按哪個執行）。函數會在buf中讀入數據的結尾自動添加\0。

兩者的區別在于，前者是讀到\n為止，后者是讀到指定字符delim為止。字符\n或delim都不會被存入buf中，但會從輸入流中取走。

函數getline()的返回值是函數所作用的對象的引用。如果輸入流中\n或delim之前的字符個數達到或超過bufSize，則會導致讀入操作出錯，其結果是：雖然本次讀入已經完成，但是之后的讀入都會失敗。

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    char buf[10];
    int i = 0;
    //若輸入流的一行超過9個字符，則會出錯
    while (cin.getline(buf, 10)) {
        cout << ++i << ":" << buf << endl;
    }
    cout << "last:" << buf << endl;
    
    return 0;
};

eof()函數

eof()成員函數的原型如下：

bool eof();

eof()函數用于判斷輸入流是否已經結束。返回值為true表示輸入結束。

在應用程序中可以用eof()函數測試是否到達文件尾，當文件操作結束遇到文件尾時，函數返回1；否則返回0。

ignore()函數

ignore()成員函數的原型如下：

istream & ignore(int n = 1, int delim = EOF);

此函數的作用是跳過輸入流中的n個字符，或跳過delim及其之前的所有字符（哪個條件先滿足就按哪個執行）。兩個參數都有默認值。因此cin.ignore()等效于cin.ignore(1, EOF)，即跳過一個字符。該函數常用于跳過輸入中的無用部分，以便提取有用的部分。

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    char str[30];
    while (!cin.eof()) {
        cin.ignore(10, ':');
        if (!cin.eof()) {
            cin >> str;
            cout << str << endl;
        }
    }

    return 0;
};

peek()函數

peek()成員函數的原型如下：

int peek();

函數peek()返回輸入流中的當前字符，但是并不將該字符從輸入流中取走，相當于只是“看了一眼”將要讀入的下一個字符，因此叫“窺視”。

cin.peek()不會跳過輸入流中的空格和回車符。在輸入流已經結束的情況下，cin.peek()返回EOF。