C++ 输入输出详解（上）：基础流与格式控制

3. 结合使用

可以将两者结合实现字符的回显或连续处理。

#include <iostream>
#include <cstdio>

using namespace std;

int main() {
    char c;
    c = getchar();
    putchar(c);
    return 0;
}

或者循环读取直到文件结束（Ctrl+Z）：

#include <iostream>
#include <cstdio>

using namespace std;

int main() {
    int c;
    while ((c = getchar()) != EOF) {
        putchar(c);
    }
    return 0;
}

二、scanf 和 printf

这两者属于 C 风格 I/O，用法与 C 语言一致。由于 cin/cout 更为现代且类型安全，除非有特殊的性能需求或习惯，通常建议优先使用流对象。此处不再赘述具体占位符用法。

三、cin 和 cout

cin 和 cout 是 C++ 标准库中的流对象，它们将数据以字符流的形式处理，能够自动识别变量类型，无需手动指定格式。

1. 基础用法

cin 用于输入，cout 用于输出。通过 >> 和 << 运算符连接。

#include <iostream>

using namespace std;

int main() {
    int a;
    char c;
    float f;
    
    cin >> a;   // 读取 1 个整数
    cin >> c;   // 读取 1 个字符
    cin >> f;   // 读取 1 个浮点数
    
    cout << "打印结果:" << endl;
    cout << a << endl;
    cout << c << endl;
    cout << f << endl;
    
    return 0;
}

2. 连续输入输出

cin 和 cout 支持链式操作。因为插入运算符 << 返回的是流对象本身，所以可以连续写入多个内容。

#include <iostream>

using namespace std;

int main() {
    int a;
    char c;
    float f;
    
    cin >> a >> c >> f;
    
    cout << "打印结果:" << endl;
    cout << a << endl << c << endl << f << endl;
    
    return 0;
}

3. cin 和 cout 的优势与劣势

优势

• 简洁性：当输入少量变量时，一行代码即可完成接收，无需关心数据类型。
• 类型安全：相比 scanf/printf，cin/cout 能自动处理类型转换，减少格式错误。
• 扩展性：支持自定义类型的重载运算符，便于面向对象编程。

劣势

• 效率问题：默认情况下与 C 标准 I/O 同步，大数据量下易超时。若需高性能，应关闭同步（ios::sync_with_stdio(false)）。
• 格式控制：小数位数、进制等设置比 printf 繁琐。
• 灵活性：复杂分隔符或格式处理不如 scanf 方便。

四、cout 的格式输出

虽然 printf 在格式控制上更直观，但 cout 配合 <iomanip> 头文件也能灵活满足需求。

1. 控制宽度和填充

setw(n) 设置字段宽度，仅对紧接着的输出项有效，默认右对齐。 setfill(c) 设置填充字符。

#include <iostream>
#include <iomanip>

using namespace std;

int main() {
    int a = 123;
    cout << "默认宽度:" << a << endl;
    cout << "宽度设置为 10:" << setw(10) << a << endl;
    cout << "宽度为 10，不够时填充*:" << setw(10) << setfill('*') << a << endl;
    return 0;
}

2. 控制数值格式

可以使用 fixed（固定小数点）、scientific（科学计数法）和 setprecision（精度）来控制浮点数显示。

#include <iostream>
#include <iomanip>

using namespace std;

int main() {
    double pi = 3.141592653589793;
    cout << "默认:" << pi << endl;
    cout << "固定小数点方式:" << fixed << pi << endl;
    cout << "科学计数法:" << scientific << pi << endl;
    cout << "固定小数点，保留 2 位有效数字:" << fixed << setprecision(2) << pi << endl;
    return 0;
}

3. 控制整数格式

可以通过 dec（十进制）、hex（十六进制）、oct（八进制）操纵符改变整数的输出进制。

#include <iostream>

using namespace std;

int main() {
    int num = 20;
    cout << "十进制（dec）:" << dec << num << endl;
    cout << "十六进制（hex）:" << hex << num << endl;
    cout << "八进制（oct）:" << oct << num << endl;
    return 0;
}

注意 这些操纵符是'全局生效'的。一旦设置，后续所有整数输出都会沿用该进制，直到重新修改。例如设置了 oct 后，后续的 num 输出也会变成八进制，除非再次调用 dec。

4. 控制对齐方式

默认情况下 setw 是右对齐。如需左对齐，可使用 left 或 right 操纵符。

#include <iostream>
#include <iomanip>

using namespace std;

int main() {
    int n = 123;
    cout << "右对齐:" << setw(10) << right << n << endl;
    cout << "左对齐:" << setw(10) << left << n << endl;
    return 0;
}

五、总结

本文梳理了 C++ 中常见的输入输出方式。从底层的 getchar/putchar 到中级的 cin/cout 流，再到高级的格式控制，理解它们的机制有助于写出更高效、可读性更强的代码。在实际算法竞赛或工程开发中，根据场景选择合适的 I/O 方式是基本功之一。