C++第五十一弹---IO流实战：高效文件读写与格式化输出
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1. C语言的输入与输出
C语言中我们用到的最频繁的输入输出方式就是 scanf () 与 printf() 。 scanf(): 从标准输入设备(键盘)读取数据，并将值存放在变量中。printf(): 将指定的文字/字符串输出到标准输出设备(屏幕)。注意宽度输出和精度输出控制。C语言借助了相应的缓冲区来进行输入与输出。如下图所示：
对输入输出缓冲区的理解：
- 1.可以屏蔽掉低级I/O的实现，低级I/O的实现依赖操作系统本身内核的实现，所以如果能够屏蔽这部分的差异，可以很容易写出可移植的程序。
- 2.可以使用这部分的内容实现“行”读取的行为，对于计算机而言是没有“行”这个概念，有了这部分，就可以定义“行”的概念，然后解析缓冲区的内容，返回一个“行”。
2. 流是什么
“流”即是流动的意思，是物质从一处向另一处流动的过程，是对一种有序连续且具有方向性的数据（ 其单位可以是bit,byte,packet ）的抽象描述。
C++流是指信息从外部输入设备（如键盘）向计算机内部（如内存）输入和从内存向外部输出设备（显示器）输出的过程。这种输入输出的过程被形象的比喻为“流”。
它的特性是：有序连续、具有方向性。
为了实现这种流动，C++定义了I/O标准类库，这些每个类都称为流/流类，用以完成某方面的功能。
3. C++IO流
C++系统实现了一个庞大的类库，其中ios为基类，其他类都是直接或间接派生自ios类。
3.1 C++标准IO流
C++标准库提供了4个全局流对象cin、cout、cerr、clog，使用cout进行标准输出，即数据从内存流向控制台(显示器)。使用cin进行标准输入即数据通过键盘输入到程序中，同时C++标准库还提供了cerr用来进行标准错误的输出，以及clog进行日志的输出，从上图可以看出，cout、cerr、clog是ostream类的三个不同的对象，因此这三个对象现在基本没有区别，只是应用场景不同。
在使用时候必须要包含文件并引入std标准命名空间。
注意：
- 1. cin为缓冲流。键盘输入的数据保存在缓冲区中，当要提取时，是从缓冲区中拿。如果一次输入过多，会留在那儿慢慢用，如果输入错了，必须在回车之前修改，如果回车键按下就无法挽回了。只有把输入缓冲区中的数据取完后，才要求输入新的数据。
- 2. 输入的数据类型必须与要提取的数据类型一致，否则出错。出错只是在流的状态字state中对应位置位（置1），程序继续。
- 3. 空格和回车都可以作为数据之间的分格符，所以多个数据可以在一行输入，也可以分行输入。但如果是字符型和字符串，则空格（ASCII码为32）无法用cin输入，字符串中也不能有空格。回车符也无法读入。
- 4. cin和cout可以直接输入和输出内置类型数据，原因：标准库已经将所有内置类型的输入和输出全部重载了:
代码演示
int main() { // 标准输出流 cout << "xxxx" << endl; // 错误的标准输出流 cerr << "yyyy" << endl; // 用于日志记录的标准输出流 clog << "zzzz" << endl; int x = 0; // 检查流的状态是否良好 cout << cin.good() << endl; // 检查是否设置了 eofbit cout << cin.eof() << endl; // 检查是否设置了failbit或badbit cout << cin.fail() << endl; // 检查是否设置了badbit cout << cin.bad() << endl << endl; cin >> x; cout << x << endl; cout << cin.good() << endl; cout << cin.eof() << endl; cout << cin.fail() << endl; cout << cin.bad() << endl << endl; return 0; }运行结果
5. 对于自定义类型，如果要支持cin和cout的标准输入输出，需要对<<和>>进行重载。
6. 在线OJ中的输入和输出：
- 对于IO类型的算法，一般都需要循环输入：
- 输出：严格按照题目的要求进行，多一个少一个空格都不行。
- 连续输入时，vs系列编译器下在输入ctrl+Z时结束
// 单个元素循环输入 while (cin >> a) { // ... } // 多个元素循环输入 while (c >> a >> b >> c) { // ... } // 整行接收 while (cin >> str) { // ... }7. istream类型对象转换为逻辑条件判断值
istream& operator>> (int& val); explicit operator bool() const;实际上我们看到使用while(cin>>i)去流中提取对象数据时，调用的是operator>>，返回值是istream类型的对象，那么这里可以做逻辑条件值，源自于istream的对象又调用了operator bool，operator bool调用时如果接收流失败，或者有结束标志，则返回false。
日期类
class Date { friend ostream& operator << (ostream& out, const Date& d); friend istream& operator >> (istream& in, Date& d); public: Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1) :_year(year) , _month(month) , _day(day) {} operator bool() { // 这里是随意写的，假设输入_year为0，则结束 if (_year == 0) return false; else return true; } private: int _year; int _month; int _day; }; istream& operator >> (istream& in, Date& d) { in >> d._year >> d._month >> d._day; return in; } ostream& operator << (ostream& out, const Date& d) { out << d._year << " " << d._month << " " << d._day; return out; }代码演示一
// C++ IO流，使用面向对象+运算符重载的方式 // 能更好的兼容自定义类型，流插入和流提取 int main() { // 自动识别类型的本质--函数重载 // 内置类型可以直接使用--因为库里面ostream类型已经实现了 int i = 1; double j = 2.2; cout << i << endl; cout << j << endl; // 自定义类型则需要我们自己重载<< 和 >> Date d(2022, 4, 10); cout << d; while (d) { cin >> d; cout << d; } return 0; }运行结果
文件读写相关类
struct ServerInfo { char _ip[32]; //string _ip; int _port; Date _date; }; struct ConfigManager { public: ConfigManager(const char* filename = "test.txt") :_filename(filename) {} void WriteBin(const ServerInfo& info) { ofstream ofs(_filename, ios_base::out | ios_base::binary); // ostream& write (const char* s, streamsize n); ofs.write((const char*)&info, sizeof(ServerInfo)); } void ReadBin(ServerInfo& info) { ifstream ifs(_filename, ios_base::in | ios_base::binary); // istream& read (char* s, streamsize n); ifs.read((char*)&info, sizeof(info)); } void WriteText(const ServerInfo& info) { ofstream ofs(_filename); // 支持流插入写文件 ofs << info._ip << " " << info._port << " " << info._date; } void ReadText(ServerInfo& info) { ifstream ifs(_filename); // 支持流提取读文件 ifs >> info._ip >> info._port >> info._date; } private: string _filename; // 配置文件 };二进制方式写文件
// 二进制方式读写文件(当成员是string时会有错误，因为string读取的是地址， // 而不是实际的字符串内容) int main() { ServerInfo winfo = { "192.0.0.111", 80, { 2022, 4, 10 } }; // 写文件 ConfigManager cf_bin("test.bin"); cf_bin.WriteBin(winfo); return 0; }运行结果
二进制方式读文件
int main() { ConfigManager cf_bin("test.bin"); ServerInfo rbinfo; // 读文件 cf_bin.ReadBin(rbinfo); cout << rbinfo._ip << " " << rbinfo._port << " " << rbinfo._date << endl; return 0; }
文本方式写文件
int main() { ServerInfo winfo = { "192.0.0.1xxxxxxxxxxxx", 80, { 2022, 4, 10 } }; // 文本写 ConfigManager cf_text("test.text"); cf_text.WriteText(winfo); return 0; }运行结果
文本方式读文件
int main() { ConfigManager cf_text("test.text"); ServerInfo rtinfo; // 文本读 cf_text.ReadText(rtinfo); cout << rtinfo._ip << " " << rtinfo._port << " " << rtinfo._date << endl; return 0; }运行结果
3.2 C++文件IO流
C++根据文件内容的数据格式分为二进制文件和文本文件。采用文件流对象操作文件的一般步骤：
1. 定义一个文件流对象
- ifstream ifile(只输入用)
- ofstream ofile(只输出用)
- fstream iofile(既输入又输出用)
2. 使用文件流对象的成员函数打开一个磁盘文件，使得文件流对象和磁盘文件之间建立联系
3. 使用提取和插入运算符对文件进行读写操作，或使用成员函数进行读写
4. 关闭文件
3.2.1 以写方式打开文件
#include<fstream> // 写文件 ofstream int main() { // in:读 out:写 app:追加 binary:二进制 // ofstream ofs("test.txt", ofstream::out); ofstream ofs("test.txt", ofstream::out | ofstream::app); // 写进文件中 ofs << "yyyyyyyyy" << endl; return 0; }
3.2.1 以读方式打开文件
代码演示
#include<fstream> // 读文件 ifstream int main() { // 二进制方式打开文件 ifstream ifs("D:\\111期C++\\linux\\Linux板书\\8-12-gdb详细使用.png", ifstream::in | ifstream::binary); // 获取一个字符 char ch = ifs.get(); int n = 0; while (ifs.good()) { ++n; // cout << ch; ch = ifs.get(); } cout << n << endl; cout << cin.good() << endl; cout << cin.eof() << endl; cout << cin.fail() << endl; cout << cin.bad() << endl << endl; return 0; }运行结果
4 stringstream的简单介绍
在C语言中，如果想要将一个整形变量的数据转化为字符串格式，如何去做？
- 1. 使用itoa()函数
- 2. 使用sprintf()函数
但是两个函数在转化时，都得需要先给出保存结果的空间，那空间要给多大呢，就不太好界定，而且转化格式不匹配时，可能还会得到错误的结果甚至程序崩溃。
代码演示
int main() { int n = 123456789; char s1[32]; _itoa(n, s1, 10); char s2[32]; sprintf(s2, "%d", n); return 0; }运行结果
在C++中，可以使用stringstream类对象来避开此问题。
在程序中如果想要使用stringstream，必须要包含头文件 #include<sstream>。在该头文件下，标准库三个类：istringstream、ostringstream 和 stringstream，分别用来进行流的输入、输出和输入输出操作，本文主要介绍stringstream。
stringstream主要可以用来：
1. 将数值类型数据格式化为字符串
#include<sstream> int main() { int a = 12345678; string sa; // 将一个整形变量转化为字符串，存储到string类对象中 stringstream s; s << a; s >> sa; cout << sa << endl; // clear() // 注意多次转换时，必须使用clear将上次转换状态清空掉 // stringstreams在转换结尾时(即最后一个转换后),会将其内部状态设置为badbit // 因此下一次转换是必须调用clear()将状态重置为goodbit才可以转换 // 但是clear()不会将stringstreams底层字符串清空掉 // s.str(""); // 将stringstream底层管理string对象设置成"", // 否则多次转换时，会将结果全部累积在底层string对象中 s.str(""); s.clear();// 清空s, 不清空会转化失败 double d = 12.34; // 将一个浮点数变量转化为字符串，存储到string类对象中 s << d; s >> sa; cout << sa << endl; string sValue; sValue = s.str();// str()方法：返回stringsteam中管理的string类型 cout << sValue << endl; return 0; }运行结果
2. 字符串拼接
int main() { stringstream sstream; // 将多个字符串放入 sstream 中 sstream << "first" << " " << "string,"; sstream << " second string"; cout << "strResult is: " << sstream.str() << endl; // 清空 sstream sstream.str(""); sstream << "third string"; cout << "After clear, strResult is: " << sstream.str() << endl; return 0; }运行结果
3. 序列化和反序列化结构数据
class Date { friend ostream& operator << (ostream& out, const Date& d); friend istream& operator >> (istream& in, Date& d); public: Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1) :_year(year) , _month(month) , _day(day) {} private: int _year; int _month; int _day; }; istream& operator >> (istream& in, Date& d) { in >> d._year >> d._month >> d._day; return in; } ostream& operator << (ostream& out, const Date& d) { out << d._year << " " << d._month << " " << d._day; return out; } struct ChatInfo { string _name; // 名字 int _id; // id Date _date; // 时间 string _msg; // 聊天信息 }; // 对标C语言sscanf sprintf // ostringstream -> 结构信息序列化为字符串 // istringstream -> 字符串序列化结构信息 // stringstream -> 两者均可 int main() { // 结构信息序列化为字符串 ChatInfo winfo = { "张三", 135246, { 2022, 4, 10 }, "晚上一起看电影吧" }; ostringstream oos; cout << winfo._name << " " << winfo._id << " " << winfo._date << " " << winfo._msg; string str = oos.str(); // 通过网络发送 // send(str.c_str(), str.size()); cout << str << endl; // receive // 字符串解析成结构化信息 ChatInfo rInfo; istringstream iss; iss.str(str); iss >> rInfo._name >> rInfo._id >> rInfo._date >> rInfo._msg; cout << "-------------------------------------------------------" << endl; cout << "姓名：" << rInfo._name << "(" << rInfo._id << ") "; cout << rInfo._date << endl; cout << rInfo._name << ":>" << rInfo._msg << endl; cout << "-------------------------------------------------------" << endl; return 0; }运行结果
