流和緩衝區

• C++程式把輸入和輸出看作位元組流。輸入時，程式從輸入流中抽取位元組；輸出時，程式將位元組插入到輸出流中。
• 流充當了程式和流源或流目標之間的橋樑。C++程式只是檢查位元組流，而不需要知道位元組來自何方和去向何處。
• 使用緩衝區可以更高效地處理輸入和輸出。
  • 處理輸入時，緩衝區通常從磁碟讀取大量資訊，然後每次從緩衝區裡讀取一個位元組。
  • 處理輸出時，程式首先先填滿緩衝區，然後將整塊資料傳輸給硬碟，並清空緩衝區，以備下一批輸出使用。這被稱為重新整理緩衝區。但如果是通過鍵盤來輸入的話，在這種情況下，C++程式通常在使用者按下回車鍵時重新整理輸入緩衝區。
• 流檔案的關係圖
  • streambuf
    類為緩衝區提供了記憶體，並提供了用於填充緩衝區，訪問緩衝區內容，重新整理緩衝區和管理緩衝區記憶體的類方法
  • ios_base類表示流的一般特徵，如是否可讀取，是二進位制還是文字流等
  • ios類基於ios_base，其中包括了一個指向streambuf物件的指標成員
  • ostream類是從ios類派生而來的，提供了輸出方法
  • istream類是從ios類派生而來的，提供了輸入方法
  • iostream類是基於istream和ostream類的，因此繼承了輸入方法和輸出方法
  • fstream類是從iostream類派生而來的，而後者基於istream和ostream類，因此它繼承了它們的方法
• iostream
  檔案中的8個流物件(4個用於窄字元流，4個用於寬字元流)
  • cin物件對應於標準輸入流。在預設情況下，這個流被關聯到標準輸入裝置(通常是鍵盤)。wcin物件與此類似，但處理的是wchar_t型別。
  • cout物件與標準輸出流對應。在預設情況下，這個流被關聯到標準輸出裝置(通常為顯示器)。wcout物件與此類似。
  • cerr物件與標準錯誤流相對應，可用於顯示錯誤訊息。在預設情況下，這個流被關聯到標準輸出裝置(通常為顯示器)。這個流沒有被緩衝，這意味著資訊將被直接傳送到螢幕，而不會等到緩衝區填滿或新的換行符。wcerr物件與此類似。
  • clog物件也對應著標準錯誤流。在預設情況下，這個流被關聯到標準輸出裝置(通常為顯示器)。這個流被緩衝。wclog
    物件與此類似。

使用cout進行輸出

• write()

  • 模板原型

    basic_ostream<charT,traits>& wirte(const char_type *s,streamsize n);
    

  • write()的第一個引數提供了要顯示的字串的地址，第二個引數指出要顯示多少個字元。使用cout呼叫write()時，將呼叫char具體化，因此返回型別為ostream &
  • 一個例子

    #include<bits/stdc++.h>
    using namespace std;
    int main()
    {
        const char* one="helloworld";
        const char* two="guoshen";
        int len=strlen(one);
        for(int i=1;i<=len;i++)
        {
            cout.write(one,i);
            cout<<endl;
        }
        cout.write(one,len+8);
    }
    

  • 注意，write()方法並不會在遇到空字元時自動停止列印字元。

• 進位制轉換(hex(),dec(),oct())

  #include<bits/stdc++.h>
  using namespace std;
  int main()
  {
      int a=1234;
      cout<<hex<<a<<endl;//16進位制
      cout<<oct<<a<<endl;//8進位制
      cout<<dec<<a<<endl;//10進位制
  }
  /*
  output:
  4d2
  2322
  1234
  */
  

• int width()和int width(int i)

  • 前者返回欄位寬度的當前設定，後者設定字元寬度為i個空格，並返回以前的欄位寬度

  • 調整欄位寬度

  • 只會影響下一個專案，然後欄位寬度將恢復為預設值

  • 預設是右對齊

  • 一個例子

    #include<bits/stdc++.h>
    using namespace std;
    int main()
    {
        cout<<'#';
        cout.width(12);
        cout<<12<<'#'<<24<<"#\n"<<endl;
    }
    /*
    output:
    #          12#24#
    */
    

• fill(char a)

  • 填充未被使用的欄位

  • 一直有效，直到被更改

  • 一個例子

    #include<bits/stdc++.h>
    using namespace std;
    int main()
    {
        cout<<'#';
        cout.width(12);
        cout.fill('*');
        cout<<12<<'#'<<24<<"#\n"<<endl;
    }
    /*
    output:
    #**********12#24#
    */
    

• precision(int i)

  • 設定浮點數的顯示精度為i

  • 預設精度為6位(但末尾的0將不顯示)

  • 一直有效，直到被更改

  • 一個例子

    #include<bits/stdc++.h>
    using namespace std;
    int main()
    {
        double pi=acos(-1.0);
        cout<<pi<<endl;
        cout.precision(2);
        cout<<pi<<endl;
        cout.precision(10);
        cout<<pi<<endl;
    }
    /*
    output:
    3.14159
    3.1
    3.141592654
    */
    

• setf()

  • 第一個原型

    fmtflags setf(fmtflags);
    

    • fmtflags是bitmask型別的typdef名，用於儲存格式標記。
    • 在ios_base類中定義。
    • 引數是一個fmtflags值，指出要設定哪一位。返回值是型別為fmtflags的數字，指出所有標記以前的設定。如果打算以後恢復原始設定，則可以儲存這個值。
    • 格式常量表

  式	常量
  os_base::boolalpha	輸入和輸出bool值，可以為true或false
  os_base::showbase	對於輸出，使用C++基數字首(0,0x)
  os_base::showpoint	顯示末尾的小數點
  os_base::uppercase	對於16進位制輸出，使用大寫字母，E表示法
  os_base::showpos	在正數前面加+

• • 第二個原型

    fmtflags setf(fmtflags,fmtflags);
    

  • 第一個引數和以前一樣，也是一個包含了所需的fmtflags值。第二個引數指出要清除第一個引數中的哪一位。

  • 呼叫setf()的效果可以通過unsetf()消除

  • 引數表

使用cin進行輸入

• 流狀態

• I/O和異常

  • 修改流狀態涉及clear()和setstate()，這都將會使用clear()，修改流狀態後，clear()方法將當前的流狀態與exceptions()返回的值進行比較。如果在返回值(exceptions())中某一位被設定，而在當前狀態中對應位也被設定，則clear()將引發ios_base::failure異常。

  • exceptions()的預設設定為goodbit，也就是沒有引發異常，但過載的exceptions(iostate)函式使得能夠控制其行為：

    cin.exceptions(badbit)
    

  • 一個例子

    #include<bits/stdc++.h>
    using namespace std;
    int main()
    {
        cin.exceptions(ios_base::failbit);
        int x;
        int sum=0;
        try
        {
            while(cin>>x)
            {
                sum+=x;
            }
        }
        catch(ios_base::failure &bf)
        {
            cout<<bf.what()<<endl;
        }
        cout<<sum<<endl;
    }
    /*
    input:
    10
    20
    30
    pi
    output:
    basic_ios::clear
    60
    */
    
    

• 一些函式
  • get()和getline()和ignore()

    • get()會將換行符留在輸入流中，接下來的輸入操作首先會是換行符，而getline()不會

    • ignore()的原型為

      istream & ignore(int =1,int =EOF)
      

      該函式接受兩個引數，一個是數字，指定要讀取的最大字元數；另一個是字元，用作輸入分界符。下面的函式呼叫讀取並丟棄接下來的255個字元或直到到達第一個換行符

      cin.ignore(255,'\n');
      

檔案的輸入和輸出

• 二進位制檔案

  • 二進位制檔案比較精確

  • 要使用成員函式read()和write()

  • 適用於結構體和不使用虛擬函式的類。

  • 一個例子

    #include<bits/stdc++.h>
    using namespace std;
    struct planet
    {
        char name[20];
        double populatition;
        double g;
    };
    const char *file="planets.dat";
    inline void eatline(){while(cin.get()!='\n')continue;}
    
    int main()
    {
        planet p1;
        cout<<fixed<<right;
        ifstream fin;
        fin.open(file,ios_base::in|ios_base::binary);
        if(fin.is_open())
        {
            while(fin.read((char*)&p1,sizeof p1))
            {
                cout<<setw(20)<<p1.name<<": "
                    <<setprecision(0)<<setw(12)<<p1.populatition
                    <<setprecision(2)<<setw(6)<<p1.g<<endl;
            }
            fin.close();
        }
    
        //add new data
        ofstream fout(file,ios_base::out|ios_base::app|ios_base::binary);
        if(!fout.is_open())
        {
            cerr<<"Can't open"<<file<<endl;
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
    
        cin.get(p1.name,20);
        while(p1.name[0]!='\0')
        {
            eatline();
            cin>>p1.populatition;
            cin>>p1.g;
            eatline();
            fout.write((char*)&p1,sizeof p1);
            cin.get(p1.name,20);
        }
        fout.close();
        //show data
        fin.clear();
        fin.open(file,ios_base::in|ios_base::binary);
        if(fin.is_open())
        {
            while(fin.read((char*)&p1,sizeof p1))
            {
                cout<<setw(20)<<p1.name<<": "
                    <<setprecision(0)<<setw(12)<<p1.populatition
                    <<setprecision(2)<<setw(6)<<p1.g<<endl;
            }
            fin.close();
        }
        cout<<"Done\n";
        return 0;
    }
    /*
    輸入請參照書本
    */
    

  • 隨機存取

    • seekg()和seekp()函式

      • seekg()的原型(seekp()與之類似)

        basic_istream<charT,traits>& seekg(streamoff,ios_base::seekdir);
        basic_istream<charT,traits>& seekg(streampos);
        

        第一個原型定位到離第二個引數指定的檔案位置特定距離(單位為位元組)的位置；第二個原型定位到離檔案開頭特定距離(單位為位元組)的位置

      • 示例(假設fin是一個iftream物件)

        fin.seekg(30,ios_base::beg);//30 bytes beyond the begining
        fin.seekg(-1,ios_base::cur);//back up one byte
        fin.seekg(0,ios_base::end);//go to the end of the file
        fin.seekg(112);//go to the 113 bytes
        

    • 建立臨時檔案
      • tmpnam()

        • 原型

          char * tmpnam(char * pszName);
          

          建立一個臨時檔名，將它放在pszName指向的C-風格字串中

        • 常量L_tmpnam為檔名包含的最大字數，TMP_MAX為該函式在不生成重複檔名的情況下最多可呼叫次數

        • 一個例子

          #include<bits/stdc++.h>
          using namespace std;
          int main()
          {
              char tmp[L_tmpnam]={'\0'};
              for(int i=0;i<10;i++)
              {
                  tmpnam(tmp);
                  cout<<tmp<<endl;
              }
          }
          
          

核心格式化

• C++庫提供了sstream族，它們使用相同的介面提供程式和string物件之間的I/O。

• 標頭檔案sstream定義了一個從ostream類派生而來的ostringstream類。如果建立了一個ostringstream物件，則可以將資訊寫入其中，它將儲存這些資訊。

• ostringstream類有一個名為str()的成員函式，該函式返回一個被初始化為緩衝區內容的字串物件

• 一個例子

  #include<bits/stdc++.h>
  using namespace std;
  int main()
  {
      ostringstream outstr;
      string tmp;
      getline(cin,tmp);
      int cap;
      cin>>cap;
      outstr<<"hello world "<<tmp<<" has a capacity of "<<cap<<endl;
      string result=outstr.str();
      cout<<result<<endl;
  }
  
  

• istringstream類允許使用istream方法族讀取istringstream物件的資料，istringstream物件可以使用string物件進行初始化

• 一個例子

  #include<bits/stdc++.h>
  using namespace std;
  int main()
  {
      istringstream in(string("guo shen is a cool boy!"));
      string tmp;
      while(in>>tmp)
      {
          cout<<tmp<<endl;
      }
  }
  
  

• 總之，istringstream和ostringstream類使得能夠使用istream和ostream類的方法來管理儲存在字串中的字元資料。