iosteam C语言及示例 c语言中的iostream

5 文件

5.1 流

• 流：
  数据从一个对象到另一个对象的传输。
• 功能
  标准输入输出+文件处理

分类	含义
文本流	一串ASCII字符
二进制流	一串二进制

5.2 流类型

标准库定义了三大类流类型：标准I/O流、文件流、字符串流

• 标准I/O流
  ios是抽象类
  ostream是cout、clog、cerr的类
  istream是cin的类
• 文件流类型
  ifstream从文件读取数据
  ofstream向文件写入数据
  iofstream文件读写数据
• 字符串流类型
  istringstream从string读取数据
  ostringstream向string写入数据
  iostringstream读写string数据

5.3 流对象

通常标准I/O流对象是全局对象不需要定义，而文件流对象和字符串流对象需要用户定义。

标准I/O流对象有以下四个：

全局流对象	名称	缓存
cout	标准输出流	带缓存
cin	标准输入流	带缓存
clog	标准日志流	带缓存
cerr	标准错误流	无缓存

注：流对象通常都不能复制。

5.4 流对象状态

流对象状态在某一个时刻必定处于以下四个状态之一。

状态	含义
good()	前一个流操作成功
eof()	到输入尾/文件尾
fail()	发生意外事情(读取失败)
bad()	发生意外严重事情(磁盘读取失败)

5.5 I/O操作

• I/O操作主要有如下五种：
  输入操作:in >> x或者getline(in,s) 输出操作:out << x 操作符
  流状态
  格式化
• 输出流默认设置

类型	进制	宽度	对齐	填充	精度
整数	十进制	0	右对齐	空格	1
实数	十进制	0	右对齐	空格	6位数
字符串	-	0	右对齐	空格	字符串实际长度

• 格式控制
• 格式控制成员函数

流对象.格式控制函数(实参)

• 预定义格式控制函数

预定义格式控制函数(实参)

• 流的输出控制格式

作用	格式控制成员函数	预定义格式控制函数	预定义格式控制符/操作子	效果持续
进制	flags() setf() unsetf()	setiosflags()	dec oct hex showbase	能持续
宽度	width(n)	setw(n)	-	不能持续
对齐	flags() setf() unsetf()	setiosflags()	right left internal	能持续
填充	fill(c)	setfill(c)	-	能持续
精度	precision(n)	setprecision(n)	-	能持续

• 流的输出控制格式：dec oct hex
• 数据输入成员函数
  字符输入成员函数：get() 字符串输入成员函数：getline()
• 数据输出成员函数：put()

5.6 输出格式控制

5.6.1 对齐方式

flag	manipulator	作用
ios::left	left	居左
ios::right	right	居右
ios::internal	internal	输出符号或进制后填充

• 实例：操作子方式和成员函数方式

#include <iostream>
#include <iomanip> //sete()
using namespace std;

int main(){
    // 默认数字右对齐
    //成员函数方式
    cout.width(6);
    cout.flags(ios::left); // 设置左对齐
    cout.fill('=');
    cout << 10 << endl;
    cout.width(6);
    cout << 10000 << endl;
    cout.width(6);
    cout << 1000 << endl;
    cout.width(6);
    cout << 100 << endl;
    cout.width(6);
    cout << 20 << endl;
    //操作子方式
    cout << setw(6) << left << setfill('-') << 10 << endl;
    cout << setw(6) << 10000 << endl;
    cout << setw(6) << 1000 << endl;
    cout << setw(6) << 100 << endl;
    cout << setw(6) << 20 << endl;
    cout << setw(6) << "abc" << endl;
}

10====
10000=
1000==
100===
20====
10----
10000-
1000--
100---
20----
abc---

5.6.2 整数输出格式

flag	manipulator	作用	是否默认
ios::dec	dec	十进制	是
ios::oct	oct	八进制	否
ios::hex	hex	十六进制	否
ios::uppercase	uppercase	使用大写输出十六进制	否
ios::showbase	showbase	输出带有进制的字符	否

• 成员函数方式

#include <iostream>
using namespace std;
int main(){
    int n = 11;
    cout.flags(ios::dec);
    cout << n << endl;
    cout.flags(ios::hex);
    cout << n << endl;
    cout.flags(ios::oct);
    cout << n << endl;

    cout.flags(ios::showbase|ios::dec);
    cout << n << endl;
    cout.flags(ios::showbase|ios::oct);
    cout << n << endl;
    cout.flags(ios::showbase|ios::hex);
    cout << n << endl;

    cout.flags(ios::showbase|ios::uppercase|ios::dec);
    cout << n << endl;
    cout.flags(ios::showbase|ios::uppercase|ios::oct);
    cout << n << endl;
    cout.flags(ios::showbase|ios::uppercase|ios::hex);
    cout << n << endl;
}

• 操作子方式

#include <iostream>
using namespace std;
int main(){
    int n = 11;
    cout << dec << n << endl;
    cout << hex << n << endl;
    cout << oct << n << endl;

    cout << showbase << dec << n << endl;
    cout << oct << n << endl;
    cout << hex << n << endl;

    cout << uppercase << dec << n << endl;
    cout << oct << n << endl;
    cout << hex << n << endl;
}

5.6.3 浮点数输出格式

flag	作用	是否默认	精度
ios::defaultfloat	默认浮点数格式	是	最多保留多少位数字
ios::scientific	科学计数法输出浮点数	否	小数点后最多保留多少位数字
ios::fixed	定点数方式输出实数	否	小数点后最多保留多少位数字

注：
1、如果浮点数没有小数时默认不显示小时点，使用ios::showpoint可以强制输出浮点数时，必须带小数点。
2、定点数方式比浮点数方式更精确
取浮点数精确度时，设置ios::fixed

• 成员函数方式

#include <iostream>     // cout, std::fixed, std::scientific
using namespace std;
int main () {
  double a = 3.1415926534;
  double b = 2006.0;
  double c = 1.0e-10;

  cout.precision(5);
  cout << "default:\n";
  cout << a << endl << b << endl << c << endl;
  
  cout << "fixed:\n";
  cout.flags(ios::fixed);
  cout << a << endl << b << endl << c << endl;

  cout << "scientific:\n";
  cout.flags(ios::scientific);
  cout << a << endl << b << endl << c << endl;

  return 0;
}

• 操作子方式

#include <iostream>     // std::cout, std::fixed, std::scientific
#include <iomanip>
using namespace std;
int main () {
  double a = 3.1415926534;
  double b = 2006.0;
  double c = 1.0e-10;

  cout << setprecision(5)
       << "default:\n"
       << a << endl << b << endl << c << endl;
  
  cout << "fixed:\n" << fixed
       << a << endl << b << endl << c << endl;

  cout << "scientific:\n" << scientific
       << a << endl << b << endl << c << endl;

  return 0;
}

• 混合方式

#include <iostream>     // std::cout, std::fixed, std::scientific
int main () {
  double a = 3.1415926534;
  double b = 2006.0;
  double c = 1.0e-10;

  std::cout.precision(5);
  std::cout << "default:\n";
  std::cout << a << '\n' << b << '\n' << c << '\n\n'
  
  std::cout << "fixed:\n" << std::fixed;
  std::cout << a << '\n' << b << '\n' << c << '\n\n'

  std::cout << "scientific:\n" << std::scientific;
  std::cout << a << '\n' << b << '\n' << c << '\n\n';

  return 0;
}

5.6.4 布尔类型输出格式

flag	manipulator	作用	默认
ios::boolalpha	boolalpha	把bool值以字符串true/false输出	否

5.6.5 其他

flag	manipulator	作用	默认
ios::showpos	showpos	输出十进制0或者正数时，带+号	否

• 成员函数方式

#include <iostream>     // std::cout, std::showpos, std::noshowpos
using namespace std;
int main () {
  int p = 1;
  int z = 0;
  int n = -1;
  cout.setf(ios::showpos); cout << p << '\t' << z << '\t' << n << endl;
  cout.unsetf(ios::showpos); cout << p << '\t' << z << '\t' << n << endl;
  return 0;
}

• 操作子方式

#include <iostream>     // std::cout, std::showpos, std::noshowpos
using namespace std;
int main () {
  int p = 1;
  int z = 0;
  int n = -1;
  cout << showpos   << p << '\t' << z << '\t' << n << endl;
  cout << noshowpos << p << '\t' << z << '\t' << n << endl;
  return 0;
}

注: 复数虚部a+bi使用showpos非常合适。

5.7 istringstream和ostringstream

• 头文件：

#include <sstream>

• istringstream ：字符串转数字
• ostringstream： 数字转字符串
• 实例：

#include <iostream>
#include <iomanip>
using namespace std;

int Stoi(const string& s){
    int n;
    istringstream iss(s);
    iss >> n;
    return n;
}
string Itos(int n){
    ostringstream oss;
    oss << n;
    return oss.str();
}
int main(){
    int a = 100;
    ostringstream oss; // 数字转字符串
    oss << a;
    cout << oss.str() << endl;
    cout << Itos(a) << endl;
	
    istringstream iss("12345"); // 字符串转数字
    iss >> a;
    cout << a << endl;
    cout << Stoi("12345") << endl;

    cout << (stoi("1000")+123) << endl;
}

100
100
12345
12345
1123

• C++11提供如下函数简化字符串转数字

stoi() stol() stoul() stoll() stoull()
stof() stod() stold()

5.8 文件读写

• C++文件读写
  文件：文件名+文件内容(有序数据集合)
  文件名：字符序列
  文件数据格式：二进制文件/文本文件
• C++文件操作流程
  打开文件
  读写文件
  关闭文件

5.8.1 打开/关闭文件

操作	代码
定义读文件流对象	ifstream 读文件流对象
定义写文件流对象	ofstream 写读文件流对象
定义读写文件流对象	fstream 读写读文件流对象
成员函数打开文件	文件流对象.open(文件名,文件打开方式)
构造函数打开文件	文件流类 对象(文件名,文件打开方式)
判断文件是否打开	!文件流对象
关闭文件	文件流对象.close(变量)

5.8.2 文本文件读写

操作	代码
提取运算符读文件	文件流对象 >> 变量
插入运算符写文件	文件流对象 << 变量
成员函数读文件	文件流对象.get(变量)
成员函数写文件	文件流对象.put(变量)

5.8.3 二进制文件读写

操作	代码
读函数	read()
写函数	write()
测试文件结束	eof()

• 实例：

// 以二进制输入输出,查看输出：od test od -A x -t x1z -v
#include <iostream>
#include <fstream>
using namespace std;
int main(){
    cout << ios::out << endl; // 1000
    cout << ios::in << endl; //  0100
    cout << ios::binary << endl; // 0010
    // ios::out|ios::binary  // 1010
    //     
    int n = 1000;

    ofstream fout("./test",ios::out|ios::binary);
    if(!fout){
        cerr << "文件打开失败" << endl;
    }
    //fout << n << endl;
    fout.write((const char*)&n,sizeof(n));
    fout.close();

    ifstream fin("./test",ios::in|ios::binary);
    if(!fin){
        cerr << "文件打开失败" << endl;
    }
    int m;
    //fin >> m;
    fin.read((char*)&m,sizeof(m));
    fin.close();
    cout << dec << m << endl;
}

5.8.4 文件打开方式

类型	代码
读	ios::in
写	ios::out
添加末尾	ios::app
已存在文件	ios::nocreate
未打开文件	ios::noreplace
二进制	ios::binary

5.8.5 文件对象指针位置函数

操作	代码
获取读位置	对象.tellg()
获取写位置	对象.tellp()
设置读位置	对象.seekg()
设置写位置	对象.seekp()

• 注：
  函数后缀p表示put(输出)，后缀g表示get(输入)。
  如果文件是以ios::app文本追加方式打开，指针位置默认在文件结束，其他情况默认在文件开头。

5.8.6 文件对象状态函数

操作	代码
判断文件对象状态是否正常	对象.good()
重置文件对象状态	对象.clear()

5.9 stream流文件读写

• ifstream文件读

ifstream fin(文件路径);
fin >> 变量
fin.close();

• ofstream文件写

ofstream fout(文件路径);
fout << 变量
fout.close();

实例：

#include <iostream>
#include <fstream>
using namespace std;

int main(){
    cout << ios::out << endl; // 1000
    cout << ios::in << endl; //  0100
    cout << ios::binary << endl; // 0010
    // ios::out|ios::binary  // 1010
    //     
    int n = 1000;

    ofstream fout("./test",ios::out);
    if(!fout){
        cerr << "文件打开失败" << endl;
    }
    fout << n << endl;
    fout.close();

    ifstream fin("./test",ios::in);
    if(!fin){
        cerr << "文件打开失败" << endl;
    }
    int m;
    fin >> m;
    fin.close();
    cout << m << endl;
}

16
8
4
1000
[root@localhost 5]# cat test
1000

• fstream文件读和写

fstream fs(文件路径,ios::in|ios::out|ios::app);
if(fs){
  fs << 变量;
  fs.seekg(ios::beg);
  fs >> 变量;
  fs.close();
}

• fstream的打开模式是否创建不存在的文件

打开模式	是否创建不存在的文件
ios::in	否
ios::out	是
ios::in/ios::out	否
ios::in/ios::out/ios::app	是

• 实例：先读后写

fstream fs("test.txt",ios::in|ios::out|ios::app);
    if(fs){
        // 读文件
        string str;
        while(fs >> str){
            cout << str << endl;
        }
        fs.clear();// 清除错误
        // 写文件
        while(cin >> str){
            fs << str << endl;
        }
    }

• 实例：先写后读

fstream fs("test.txt",ios::in|ios::out|ios::app);
    if(fs){
        // 写文件
        string str;
        while(cin >> str)
            fs << str << endl;    
        // 读文件  
        fs.seekg(ios::beg);
        while(fs >> str)
            cout << str << endl;
        // 后续如果对fs操作，需要清空fs状态
    }else{
        cerr << "file not exist " << endl;
    }

5.10 文件指针FILE读写

• FILE文件指针读

FILE* fp = fopen(文件路径,"r");
fscanf(,fp);
fclose(fp);

• FILE文件指针写

FILE* fp = fopen(文件路径,"w");
fprintf(,fp);
fclose(fp);

对象的序列化与反序列化
序列化: 把对象转化成文本/二进制
反序列化: 把文本/二进制转化成对象

• 文件重定向

freopen(文件路径,操作,标准IO)

操作：读(r) 写(w)

• 重定向写

freopen("out.txt","w",stdout);
cout << "out data" <<endl;

• 重定向读

freopen("in.txt","r",stdin);
string str;
cin >> str;

• 几种常见的文件读取方式对比

ifstream + fin
freopen+cin+sync_with_stdio(false)
FILE* + fscanf
freopen+scanf
freopen+cin