C++ 标准输入输出与文件操作

标准输入输出

基本输入输出

头文件 <iostream>，命名空间 std，定义了 cin，cout，cerr，clog

#include <iostream>

using namespace std;

int main(){
    char str[] = "Hello";
    char data[100]
    int a;
    cout << "value of str is: " << str << endl;
    cin >> a;
    cin.getline(data, 100);
    cerr << "Error" << endl; // 非缓冲标准错误流
    clog << "Log" << endl; // 缓冲标准错误流

}

cin 常用成员方法：

成员方法名	功能
getline(str,n,ch)	从输入流中接收 n-1 个字符给 str 变量，当遇到指定 ch 字符时会停止读取，默认情况下 ch 为 '\0'。
get()	从输入流中读取一个字符，同时该字符会从输入流中消失。
gcount()	返回上次从输入流提取出的字符个数，该函数常和 get()、getline()、ignore()、peek()、read()、readsome()、putback() 和 unget() 联用。
peek()	返回输入流中的第一个字符，但并不是提取该字符。
putback(c)	将字符 c 置入输入流（缓冲区）。
ignore(n,ch)	从输入流中逐个提取字符，但提取出的字符被忽略，不被使用，直至提取出 n 个字符，或者当前读取的字符为 ch。
operator>>	重载 >> 运算符，用于读取指定类型的数据，并返回输入流对象本身。

cout，cerr，clog常用成员方法：

成员方法名	功能
put(ch)	输出单个字符
write(str, n)	输出指定的字符串。
tellp()	用于获取当前输出流指针的位置。
seekp(pos) seek(off, way)	设置输出流指针的位置。
flush()	刷新输出流缓冲区。
operator<<	重载 << 运算符，使其用于输出其后指定类型的数据。

cin 读取

cin 逐字节读取

int ch;   // 注意 ch 是 int 类型的，因为 EOF 为 -1，如果读取到的字符 ASCII 码为 0xFF，如果类型为 char，其值就等于 -1，会被误判为文件结尾
while ((ch = cin.get()) != EOF){
    // 处理ch    
}

cin 读入一行字符串

• getline(buf, n, ch) 如果输入流中 \n 或者 ch 之前的字符个数达到或者超过 n，程序出错，虽然会向 buf 中读入 n-1 个字符，但之后的读入操作都会失败，可用 cin.clear() 清除错误标记，使之恢复正常。

const int MAX_LINE_LEN = 1000;
char szBuf[MAX_LINE_LEN + 10];
while(cin.getline(szBuf, MAX_LINE_LEN+5))
    // 处理

cin 读入结束判断

Windows 中，键盘 Ctrl + Z + Enter 表示输入结束

UNIX / Linux / Mac OS 中，Ctrl +D 表示输入结束

int n;
while (cin >> n) {
    // 处理
}

cin 读取到文件末尾，就会返回 false（这是因为 istream 类对 operator bool() 进行了重载，cin 没有读到输入结尾时为 true，否则为 false），如果 cin 在读取中发生了错误，同样返回 false。

输入输出错误

c++ 将输入输出错误的所有可能情况归结为四类流状态（定义于 ios_base，但 ios 派生于 ios_base，故 ios_base::badbit 可写作 ios::badbit）：

• badbit：发生了（或许是物理上的）致命性错误，流将不能继续使用
• eofbit：输入结束
• failbit：I/O 操作失败，主要原因是非法数据
• goodbit：一切止常，没有错误发生，也没有输入结束

可分别用 bad()，eof()，fail()，bad() 成员函数来检测如上的流状态，而clear() 可用于清除流状态，clear(流状态) 可用于设置流状态。

cout 格式化输出

ostream 类中可实现格式化输出的常用成员方法：

成员函数	说明
flags(fmtfl)	当前格式状态全部替换为 fmtfl。注意，fmtfl 可以表示一种格式，也可以表示多种格式。
precision(n)	设置输出浮点数的精度为 n。
width(w)	指定输出宽度为 w 个字符。
fill(c)	在指定输出宽度的情况下，输出的宽度不足时用字符 c 填充（默认情况是用空格填充）。
setf(fmtfl, mask)	在当前格式的基础上，追加 fmtfl 格式，并删除 mask 格式。其中，mask 参数可以省略。
unsetf(mask)	在当前格式的基础上，删除 mask 格式。

fmtfl 和 mask 参数的可选值：

标 志	作 用
ios::boolalpha	把 true 和 false 输出为字符串
ios::left	输出数据在本域宽范围内向左对齐
ios::right	输出数据在本域宽范围内向右对齐
ios::internal	数值的符号位在域宽内左对齐，数值右对齐，中间由填充字符填充
ios::dec	设置整数的基数为 10
ios::oct	设置整数的基数为 8
ios::hex	设置整数的基数为 16
ios::showbase	强制输出整数的基数（八进制数以 0 开头，十六进制数以 0x 打头）
ios::showpoint	强制输出浮点数的小点和尾数 0
ios::uppercase	在以科学记数法格式 E 和以十六进制输出字母时以大写表示
ios::showpos	对正数显示“+”号
ios::scientific	浮点数以科学记数法格式输出
ios::fixed	浮点数以定点格式（小数形式）输出
ios::unitbuf	每次输出之后刷新所有的流

<iomanip> 中定义格式控制符：

• *dec, hex, oct, fixed, scientific, left, *right, setbase(b), setw(w), setfill(c), setprecision(n), setiosflags(mask), resetiosflags(mask), boolapha, *noboolalpha, showpoint, *noshowpoint, showpos, *noshowpos, uppercase, *nouppercase, internal（* 表示默认）

如

cout << hex << 16 << endl;   // 输出 10
cout << resetiosflags(ios::basefield)<< scientific << 123 << endl;  // 输出 1.230000e+02

输入输出重定向

cin 和 cout 都可以被重定向。

方法一：用 freopen()

• 该函数定义在 <stdio.h> 头文件

  freopen("in.txt", "r", stdin);     // cin 重定向到文件 in.txt
  freopen("out.txt", "w", stdout);   // cout 重定向到文件 out.txt
  

方法二：用 rdbuf()

• 该函数定义在 <ios> 头文件，由于 ios 是 istream 和 ostream 的基类，所以，该函数也被继承，因此，cout 与 cin 可直接调用该函

  ifstream fin("in.txt");
  ofstream fout("out.txt");
  streambuf *oldcin = cin.rdbuf(fin.rdbuf());    // cin重定向到文件in.txt
  streambuf *oldcout = cout.rdbuf(fout.rdbuf()); // cout重定向到文件out.txt
  cin.rdbuf(oldcin); // 恢复键盘输入
  cout.rdbuf(oldcout); // 恢复屏幕输出
  

方法三：控制台重定向

• 命令行执行时 <in.txt 将 cin 输入重定向到 in.txt，>out.txt 将 cout 重定向到 out.txt

管理输出缓存区

缓冲区刷新原因：

• 程序正常结束
• 缓存区满
• 用 endl、flush、ends 显式刷新
  • flush 刷新缓冲区，但不输出任何额外的字符
  • ends 向缓冲区插入一个空字符，然后刷新缓冲区

• 用 unitbuf 清空缓冲区（默认情况下，cerr 是设置 unitbuf 的）

  • 设置 cout << unitbuf;，每次输出后都立即刷新缓冲区

• 被关联的流读写时，关联到的流缓冲区会刷新（默认情况下，cin 和 cerr 都关联到 cout，因此，读 cin 或写 cerr 都会导致 cout 的缓冲区被刷新）

文件操作

文件流

头文件：<fstream>

• ofstream：该数据类型表示输出文件流，用于创建文件并向文件写入信息。
• ifstream：该数据类型表示输入文件流，用于从文件读取信息。
• fstream：该数据类型通常表示文件流，且同时具有 ofstream 和 ifstream 两种功能，这意味着它可以创建文件，向文件写入信息，从文件读取信息。

fstream，ifstream 是从 istream 派生出来的，因此 cin 的成员方法，同样适用于 fstream，ifstream 类的文件流对象，同样地，cout 的成员方法，同样适用于 fstream，ofstream 类的文件流对象。

• fstream，ifstream，ofstream 的常用成员方法

  • open()、is_open()、close()、swap()、good()、eof()

• fstream，ifstream 的常用成员方法

  • operator>>、gcount()、get()、getline(str,n,ch)、ignore(n,ch)、peek()、putback(c)

• fstream，ofstream 的常用成员方法

  • operator<<、put()、write()、tellp()、seekp()、flush()

打开文件

用成员函数 open(fileName, mode)，mode 为文件的打开模式标记

模式标记	适用对象	作用
ios::in	ifstream fstream	打开文件用于读取数据。如果文件不存在，则打开出错。
ios::out	ofstream fstream	打开文件用于写入数据。如果文件不存在，则新建该文件；如果文件原来就存在，则打开时清除原来的内容。
ios::app	ofstream fstream	打开文件，用于在其尾部添加数据。如果文件不存在，则新建该文件。
ios::ate	ifstream	打开一个已有的文件，并将文件读指针指向文件末尾（读写指 的概念后面解释）。如果文件不存在，则打开出错。
ios:: trunc	ofstream	打开文件时会清空内部存储的所有数据，单独使用时与 ios::out 相同。
ios::binary	ifstream ofstream fstream	以二进制方式打开文件。若不指定此模式，则以文本模式打开。
ios::in | ios::out	fstream	打开已存在的文件，既可读取其内容，也可向其写入数据。文件刚打开时，原有内容保持不变。如果文件不存在，则打开出错。
ios::in | ios::out	ofstream	打开已存在的文件，可以向其写入数据。文件刚打开时，原有内容保持不变。如果文件不存在，则打开出错。
ios::in | ios::out | ios::trunc	fstream	打开文件，既可读取其内容，也可向其写入数据。如果文件本来就存在，则打开时清除原来的内容；如果文件不存在，则新建该文件。

判断文件是否打开成功，可以直接看“对象名”这个表达式的值是否为 true。

打开文件也可用 ifstream、ofstream、fstream 的构造函数。

文本方式和二进制方式打开文件并没有本质上的区别，除了换行符：UNIX/Linux 平台上，文本文件换行符为 \n，Windows 平台上，文本文件换行符为 \r\n。故在 Windows 平台上，若以文本方式打开文件，则读入 \r\n 会转换为一个字符 \n，若写入 \n 则会自动写为 \r\n。

文件关闭

close() 方法用于关闭已打开的文件。

即便不调用 close() 方法，当文件流对象生命周期结束时，会调用其析构函数，析构函数会先调用 close() 方法切断与任何文件的关联。

如果程序崩溃，很可能文件流对象的析构函数未能执行，所以一定要手动调用 close() 方法关闭文件，否则文件可能不完整。

文件读写

1. operator>>，operator<<

2. 逐个读取（写入）字符，用 get() 和 put() 方法。（虽然是逐个字符读取（写入），但其实，操作系统会在文件输出缓冲区中缓冲字符（文件输入缓冲区中一次性读取很多数据）。

3. get 一次读取一个字符有两种形式 int get() 和 istream& get(char& c)

4. put(c) 输出字符 c。

5. getline() 用于一次读取一行字符串

6. getline(buf, bufSize)：读取 bufSize-1 个字符到 buf，或遇到 \n 为止（\n 不读入），并在 buf 读入数据的结尾添加 \0

7. getline(buf, bufSize, delim)：读取 bufSize-1 个字符到 buf，或遇到 delim 为止，并在 buf 读入数据的结尾添加 \0

8. 若要以二进制形式读取文件（如直接将某一 class 的对象以二进制形式存入文件，然后再读取出来），需要用到 read() 和 write() 成员方法

9. write(buffer, count)：将 buffer 指向的 count 个字节写入文件，传入 buffer 的地址需要强制类型转换为 char *

10. read(buffer, count)：与 write 方法类似

注：以二进制方式读写用 read() 和write()，在 Linux 平台上用文本方式打开和用二进制方式打开文件都没有问题，但在 Windows 平台上，应该用二进制方式打开文件，否则可能出错。

文件读写指针

seekg(offset, mode) （seekp(offset, mode)）成员函数设置读（写）指针位置，mode 为文件读写指针的设置模式：

• ios::beg：使文件指针指向文件开始向后 offset 字节处
• ios::cur：使文件指针从当前位置移动，offset 正数向尾部移动，负数向起始方向移动
• ios::end：使文件指针指向文件结尾向前 |offset| 字节处

tellg()（tellp()）获取文件读（写）指针的位置。