深入IO

参考C++ IOStream

一、IOStream 概述

1.1 概述

IOStream 采用流式 I/O 而非记录 I/O ，但可以在此基础上引入结构信息

1.2 处理两个主要问题

  1. 表示形式的变化：使用格式化 / 解析在数据的内部表示与字符序列间转换(例如：二进制表示解析成字符)
  2. 与外部设备的通信：针对不同的外部设备（终端、文件、内存）引入不同的处理逻辑 这里的外部设备是只IOStream外的广义设备。

1.3 所涉及到的操作（输出流）

  • 格式化 / 解析
  • 缓存
  • 编码转换
  • 传输

1.4 采用模板来封装字符特性，采用继承来封装设备特性

  • 常用的类型实际上是类模板实例化的结果

二、输入与输出

2.1 分类

  • 格式化
  • 非格式化

2.2 非格式化I/O

不涉及数据表示形式的变化

  • 常用输入函数：get / read / getline / gcout
  • 常用输入函数：put / write 提升性能，对人不友好。

2.3 格式化I/O

使用移位操作符来进行的输入 (>>) 与输出 (<<）

  • C++ 通过操作符重载以支持内建数据类型的格式化 I/O
  • 可以通过重载操作符以支持自 定义类型的格式化 I/O 对人 友好，可能牺牲一些性能。

2.4 格式控制

  • 可接收位掩码类型（ showpos ）、字符类型（ fill ）与取值相对随意（ width ）的格式化参数
  • 注意 width 方法的特殊性：触发后被重置
#include<iostream>
int main()
{
	int x(22);
	std::cout.setf(std::ios_base::showpos);//显示＋
	std::cout << x << std::endl;
	std::cout.width(10);
	std::cout << x << std::endl;
	std::cout.width(10);//触发后被重置
	std::cout.fill('.');
	std::cout << x << std::endl;	
	return 0;
}

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-z2nlZ1OX-1639836672530)(d96a81291d7a0dbbdf596bdb414400e9.png)]

2.5 操纵符

  • 简化格式化参数的设置
  • 触发实际的插入与提取操作
#include<iostream>
#include<iomanip>
int main()
{
	int x(22);
	std::cout <<std::showpos<< std::setw(10)<<std::setfill('.')
        << x << std::endl;	
	return 0;
}

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-7Q9H4iCb-1639836672533)(98fb403f49c168ac5baa41ffe2ad921b.png)]

提取会放松对格式的限制

比如接受int 即使输入+10 空格10，接受的是10。

提取 C 风格字符串时要小心内存越界
#include<iostream>
#include<string>
int main()
{
	std::string z;
	std::cin >> z;
	std::cout << z << std::endl;

	char x[5];
	std::cin >> x;// 输入太长会越界。
    std::cin >> std::setw(4)>>x;// 这样可以限制。
	std::cout << x << std::endl;
	return 0;
}

三、文件操作

3.1 文件操作

  • basic_ifstream / basic_ofstream / basic_fstream
  • 文件流可以处于打开 / 关闭两种状态，处于打开状态时无法再次打开，只有打开时才能 I/O
#include<iostream>
#include<fstream>
using namespace std;
int main()
{
	std::ofstream outFile("my_file");
   // ...or
    std::ofstream outFile;
    outFile.open("my_file");
    outFile << "hello "
    outFile.close();
        
	cout << outFile.is_open() << endl;
	return 0;
}

3.2 文件流的打开方式

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-2sd0rfCk-1639836672534)(6feea5c5a101d6a8a7b0ac91c84fc21e.png)] 只输入文件名其实是缺省初始化

标记

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-zy7ZAj4r-1639836672534)(514c67803e2d386fcdd1cc43ff40d8d2.png)]

  • std::ios_base::ate 可以移动文件指针位置
  • std::ios_base::app 只能在末尾
  • std::ios_base::trunc 截断，删除之前的内容
  • 这些内容标记可以“ | ”运算
  • ::binary 能禁止系统特定的转换:: 比如"\n"不转换为回车
  • 避免意义不明确的流使用方式（如 ifstream + out ）

3.3 合法的打开方式组合（引自 C++ IOStream 一书）

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-Xbk3Ha19-1639836672535)(1a4f05d49664b1334bf10ff214813a4e.png)]

四、内存操作

4.1 内存流

  • 内存流： basic_istringstream / basic_ostringstream / basic_stringstream
#include<iostream>
#include<sstream>
#include<string>
using namespace std;
int main()
{
	std::ostringstream obj1 ;
	obj1 << 1234;//格式化 整数转字符串
	string res = obj1.str();
	cout << res << endl;//输出字符串1234
    
    std::istringstream obj2(res) ;
    int x;
    obj2 >> x;
    cout << x << endl;//输出int 1234
	return 0;
}

4.2 也受打开模式： in / out / ate / app 的影响

Note: 使用 str() 方法获取底层所对应的字符串
Note: 小心避免使用 str().c_str() 的形式获取 C 风格字符串
#include<iostream>
#include<sstream>
#include<string>
using namespace std;
int main()
{
	std::ostringstream obj1("1231231");
	auto c_res = obj1.str().c_str();
    //这是错误的 ，obj1.str()返回右值，用auto接受会变成指针，后续无法访问销毁的内存。
	cout << c_res << endl;

}
Note: 基于字符串流的字符串拼接优化操作

通过string字符串 str += “…” 方法会不断开辟内存拷贝释放，浪费资源 使用内存流 obj << “…” 会提升性能

五、流

5.1 流的状态

std::ios_base::iostate 位掩码类型 例如：

goodbit – 0000，0000 #
badbit – 0000，0001  # 不可恢复的流错误
faibit – 0000，0010  # 输入输出操作失败（格式化或提取错误）
eofbit– 0000，0100   # 关联的输入序列已经抵达末尾

检测流的状态

  • good( ) / fail() / bad() / eof() 方法
  • static_cast<\bool>(std::cin) 参考cppreference
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
	int x;
    cin >> x;
	cout << cin.good();
    ...
}

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-tJev7ViG-1639836672535)(b7397d59378785343151352f8758bf70.png)]

区分 fail 与 eof
– 可能会被同时设置，但二者含意不同
– 转换为 bool 值时不会考虑 eof
复位流状态
  • clear ：设置流的状态为具体的值（缺省为 goodbit ）
  • setstate ：将某个状态附加到现有的流状态上
捕获流异常：exceptions方法

5.2 流的定位

5.2.1 获取流位置

– tellg() / tellp() 可以用于获取输入 / 输出流位置 (pos_type 类型 ) – 两个方法可能会失败，此时返回 pos_type(-1）

#include<iostream>
#include<sstream>
#include<string>
using namespace std;
int main()
{
	std::ostringstream s;

	cout << s.tellp() << '\n';
	s << "h";
	cout << s.tellp() << '\n';
	s << "ello, world ";
	cout << s.tellp() << '\n';
	s << 3.14 <<"\n";
	cout << s.tellp() << '\n'<< s.str();
}

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-pILy9UiE-1639836672536)(582a4f410f9e839ba342aad15a96bea0.png)] tellp()/ tellg()返回的是下一个可以写入/读取的位置

5.2.2 设置流位置
  1. seekg() / seekp() 用于设置输入 / 输出流的位置
  2. 这两个方法分别有两个重载版本：
  • 设置绝对位置：传入 pos_type 进行设置
  • 设置相对位置：通过偏移量（字符个数 ios_base::beg ） + 流位置符号的方式设置
  • ios_base::beg
  • ios_base::cur
  • ios_base::end ::注意标准io流 >> << 遇到空格回车等分隔符会停止::

5.3 流的同步

5.3.1 基于 flush() / sync() / unitbuf 的同步

– flush() 用于输出流同步，刷新缓冲区 – sync() 用于输入流同步，其实现逻辑是编译器所定义的 – 输出流可以通过设置 unitbuf 来保证每次输出后自动同步 cout<<std::unitbuf 关掉缓存区直接刷新。

5.3.2 基于绑定 (tie) 的同步

– 流可以绑定到一个输出流上，这样在每次输入 / 输出前可以刷新输出流的缓冲区 – 比如： cin 绑定到了 cout 上

5.3.3 与 C 语言标准 IO 库的同步

– 缺省情况下， C++ 的输入输出操作会与 C 的输入输出函数同步 – 可以通过 sync_with_stdio 关闭该同步