【C++】IO库 && IO流
📝前言：
这篇文章我们来讲讲IO库 && IO流：
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一，IO库
C语言是面向过程的语言，而C++是面向对象。在C++中，我们的IO也是面向对象的，这个对象也叫做流。对于要输出的目标文件的不同，IO的对象的类型就不同（比如，输出到屏幕和输出到文件的IO类型是不同的）。
C++IO类型设计的是⼀个继承家族，通过继承家族类解决控制台/⽂件/string的IO操作。
二，IO流
1. 什么是IO流
流是一种抽象概念，表示数据从一个源到目标的流动。
- 输入流：数据从外设流向程序
- 输出流：数据从程序流向外设
在C++中，我们可以把流看做是一个具有以下特性的对象。
- 缓冲区：用来存储数据，避免频繁的与外设交互，提高IO效率
- 状态：流对象会维护一个状态标识，用于检测IO操作是否成功
- 不同流动方向对应不同的对象：输入流和输出流对应的对象不同
- 运算符重载：可以使用
<<和>>进行输入和输出（方便） - 格式化控制：允许
<<和>>中对数据进行格式化控制
2. IO流的状态
IO流中的状态用标记位来表示，通过|操作可以链接多个标记位。
四种状态（定义在ios_base中，子类流都是会继承下来的）：
goodbit表示：流没有错误，对应0001failbit表示：IO操作失败，对应0010eofbit表示：流到达文件结束，对应0100badbit表示：流崩溃了出现了系统级错误，对应1000
其他细节：
- 如果到达文件结束位置
eofbit和failbit都会被置位 - ⼀个流一旦发生错误，后续的IO操作都会失败，这时需要调用
clear()函数来重置流的标记位为1000 - 出现
badbit代表底层系统级错误，clear()也没用，这个流就完全不可用了 - 在基类
ios_base中也提供了很多访问器，让用户可以查看流的状态good()：查看goodbit位rdstate()：返回当前流的所有错误组合的标识(通常是：bad, fail, eof的组合），通过&对应的状态位可以得到具体的状态（不如fail()等方便）setstate(iostate flags)：设置流的标记位（即：置为1），setstate(failbit | eofbit)把这两位置为1
示例：
intmain(){ cout << cin.good()<< endl;// 查看 cin 的 goodbitint i; cin >> i;// 故意输入 字符 a 创造错误 cout <<(cin.rdstate()& ios_base::failbit)<< endl;// 看当前流的错误信息 cin.clear();// 重置状态为: 1000// 但是注意：此时字符 a 还在缓冲区没有被读走 cin.get();// 读走 cin 缓冲区的一个字符 cin >> i;// 重新输入 10 cout << i << endl; cout << cin.good()<< cin.bad()<< cin.fail()<< cin.eof()<< endl;return0;}运行结果：
如果缓冲区中还残留有多个字符，我们可以用peek()查看缓冲区的第一个字符，然后get出来，直到第一个字符为int时再重新cin
3. IO流的缓冲区
用户的输入并不是直接刷新到外设上，而是先保存在IO流的缓冲区里，当我们刷新缓冲区的时候才会刷新到外设上（实际上是先刷新到内核缓冲区上，但是这设计操作系统）
缓冲区刷新模式分为：满刷新、行筛选、立即刷新（在这里我就不细讲了。）
endl或flush会立即强制刷新缓冲区endl其实是一个函数，<<对应函数指针会调用对应的函数，而endl里面包括换行和flush操作
unitbuf：设置成立即刷新模式
什么时候会触发缓冲区刷新？
- 缓冲区满了
- 满足刷新模式的条件了
- 强制刷新，如
flush - 被绑定了，在操作输入流时，绑定的输出流会自动刷新缓冲区
如：默认情况下cin和cout绑定，所以cin读的时候，会导致cout缓冲区会被刷新
操作：
cin.tie(&cout);// 绑定 cin.tie(nullptr);// 解绑同步：每次 C++ 流操作前，会先刷新对应的 C 流缓冲区（反之亦然），确保输出顺序一致
关闭同步：
// 关闭标准 C++ 流是否与标准 C 流在每次输⼊/输出操作后同步。 ios_base::sync_with_stdio(false);// 默认是true关闭以后cout和printf混用的时候，输出顺序就不能保障
4. 标准IO流
不过多讲了，cin和cout一直在用
ostream和istream是不支持拷贝的，只支持移动(外部也不能使用，因为是保护成员)- 对于内置类型，可以直接使用
<<和>> - 对于自定义类型，自定义类型要重载
<<和>> istream的cin对象⽀持转换为bool值- 即：可以
if(cin)，如果cin被设置了badbit或failbit，就返回false，如果是goodbit就返回true
- 即：可以
- 其他接口也不讲了，需要的时候再查阅（毕竟也记不完，也没必要硬记）
5. 文件IO流
ofstream是ostream的派生类，用于输出（写），ifstream是istream的派生类，用于输入（读），fstream是ifstream和ofstream的派生类，既可以读也可以写- 文件流对象可以在构造时打开文件，也可以调用
open函数打开文件，打开文件的mode（选项，本质也是标记位，可以用|来组合）有5钟out：写方式打开，默认清空写trunc：清空写app：每次写操作都到末尾写in：只读方式打开ate：打开时把文件指针定位到文件末尾（有点鸡肋，用不到）binary：二进制方式 读 / 写（看和哪个搭配）
- 注意：因为这些标识符是基类的成员，而
iostream又是继承的ios_base在，子类中要使用继承的成员需要指明基类的类域，即：ios_base::out
（以上的操作和Linux中的系统调用都差不多，因为本来封装的就是系统调用，就不展示寄出用法了）
示例1
下面展示一个，对于一个已有内容的文件，不希望希望清空，然后用seekp()设置文件指针写入指针的位置，来实现任意位置读写的操作。（seekp是写入指针，seekg是读指针）
原log.txt
代码：
intmain(){// 这样打开文件就不会清空，文件指针在起始位置 ofstream outfile("log.txt", ios_base::out | ios_base::in); outfile.seekp(9, ios::cur);// 把指针从当前位置往后移动 9 个位置（以字节为单位） outfile <<"hello"<< endl;return0;}运行结果：
可见，文件写指针p本来原来指向1，往后移动9个位置到,然后覆盖写入hello共五个字符，即覆盖写了：\n、6,7,共五个字符。
示例2
下面展示一个直接以二进制方式读写来实现图片复制。
intmain(){ ifstream ifs("test.png", ios_base::in | ios_base::binary); ofstream ofs("test_copy.png", ios_base::out | ios_base::binary);int n =0;while(ifs && ofs)// 确保流的状态都是 good 的{char ch = ifs.get(); ofs << ch;++n;} cout << n << endl;return0;}运行结果：
对于大部分东西的复制，我们都可以用二进制，直接当一个整体输入和输出。
一定要确保两步都是用binary来的。因为图片的内容不是标准的字符，文本输入和输出中，遇到的一些字符（就如我们cin字符时，输入ctrl + z）可能会标记fail和eof，导致流失效，图片不能复制完全。
6. string IO流
- string IO流是一种在内存中处理字符串的流类，它允许你像操作文件流一样操作字符串，即可以使用
<<和>>（和操作文件的方法一样） ostringstream是string的写入流，istringstream是string的读出流stringstream是ostringstream和istringstream的派生类，既可以读也可以写【这个更好用，因为我们对字符串的读写控制没文件要求怎么高】stringstream系列底层维护了⼀个string类型的对象来保存结果string流使用str函数获取底层的string对象
示例1
intmain(){// 输出字符串流 (ostringstream) ostringstream oss; oss <<"Hello "<<32<<" world!";// 会把 32 当字符 string str = oss.str();// 获取字符串 cout << str << endl;// 输入字符串流 (istringstream) istringstream iss("100 200");// 用"100 200"构造 iss底层的stringint a, b; iss >> a >> b;// >> 会以空格为分隔符 cout << a + b << endl;// 输入输出字符串流 (stringstream) stringstream ss; ss <<"3.14";double pi; ss >> pi;// 从 ss 流中读入 3,14 然后给了pi cout << pi *2<< endl;return0;}2. 示例2
对于自定义类型，需要自定义类型重载<<
classDate{public:friend ostream&operator<<(ostream& out,const Date& d);Date(int y,int m,int d):_year(y),_month(m),_day(d){}private:int _year;int _month;int _day;}; ostream&operator<<(ostream& out,const Date& d){ out << d._year <<"/"<< d._month <<"/"<< d._day;return out;}intmain(){ stringstream ss; Date date1(2025,6,3); ss << date1 <<" hello world!"<< endl; cout << ss.str()<< endl;return0;}运行结果：
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