C++ 标准IO库

《C++ Primer 4th》读书笔记

C++ 的输入／输出（input/output）由标准库提供。标准库定义了一族类型，支持对文件和控制窗口等设备的读写（IO）。还定义了其他一些类型，使 string对象能够像文件一样操作，从而使我们无须 IO 就能实现数据与字符之间的转换。

IO 类型在三个独立的头文件中定义：iostream 定义读写控制窗口的类型，fstream 定义读写已命名文件的类型，而 sstream 所定义的类型则用于读写存储在内存中的 string 对象。

Header	Type
iostream	istream 从流中读取 ostream 写到流中去 iostream 对流进行读写；从   istream 和 ostream 派生而来
fstream	ifstream 从文件中读取；由   istream 派生而来 ofstream 写到文件中去；由   ostream 派生而来 fstream 读写文件；由   iostream 派生而来
sstream	istringstream 从   string 对象中读取；由 istream 派生而来 ostringstream 写到   string 对象中去；由 ostream 派生而来 stringstream 对 string   对象进行读写；由 iostream 派生而来

如果函数有基类类型的引用形参时，可以给函数传递其派生类型的对象。这就意味着：对 istream& 进行操作的函数，也可使用 ifstream 或者istringstream 对象来调用。

国际字符的支持

迄今为止，所描述的流类（stream class）读写的是由 char 类型组成的流。此外，标准库还定义了一组相关的类型，支持 wchar_t 类型。每个类都加上“w”前缀，以此与 char 类型的版本区分开来。每一个 IO 头文件都定义了 char 和 wchar_t 类型的类和标准输入／输出对象。

标准库类型不允许做复制或赋值操作。只有支持复制的元素类型可以存储在 vector 或其他容器类型里。由于流对象不能复制，因此不能存储在 vector（或其他）容器中（即不存在存储流对象的 vector 或其他容器）。第二个含义是：形参或返回类型也不能为流类型。如果需要传递或返回 IO对象，则必须传递或返回指向该对象的指针或引用。

一般情况下，如果要传递 IO 对象以便对它进行读写，可用非 const 引用的方式传递这个流对象。对 IO 对象的读写会改变它的状态，因此引用必须是非const 的。

IO 标准库管理一系列条件状态（condition state）成员，用来标记给定的 IO 对象是否处于可用状态，或者碰到了哪种特定的错误。

strm::iostate	机器相关的整型名，由各个 iostream   类定义，用于定义条件状态
strm::badbit	strm::iostate   类型的值，用于指出被破坏的流。标志着系统级的故障，如无法恢复的读写错误。
strm::failbit	strm::iostate   类型的值，用于指出失败的 IO 操作。可恢复的错误，如在希望获得数值型数据时输入了字符。
strm::eofbit	strm::iostate   类型的值，用于指出流已经到达文件结束符。是在遇到文件结束符时设置的，此时同时还设置了 failbit。
s.eof()	如果设置了流 s 的 eofbit   值，则该函数返回 true
s.fail()	如果设置了流 s 的 failbit   值，则该函数返回 true
s.bad()	如果设置了流 s 的 badbit   值，则该函数返回 true
s.good()	如果流 s 处于有效状态，则该函数返回   true
s.clear()	将流 s 中的所有状态值都重设为有效状态
s.clear(flag)	将流 s   中的某个指定条件状态设置为有效。flag 的类型是strm::iostate
s.setstate(flag)	给流 s 添加指定条件。flag 的类型是   strm::iostate
s.rdstate()	返回流 s 的当前条件，返回值类型为   strm::iostate

流必须处于无错误状态，才能用于输入或输出。检测流是否用的最简单的方法是检查其真值：

if (cin)

// ok to use cin, it is in a valid state

while (cin >> word)

// ok: read operation successful ...

int ival;

// read cin and test only for EOF; loop is executed even if there are other IO failures

while (cin >> ival, !cin.eof()) {

if (cin.bad()) // input stream is corrupted; bail out

throw runtime_error("IO stream corrupted");

if (cin.fail()) { // bad input

cerr<< "bad data, try again"; // warn the user

cin.clear(istream::failbit); // reset the stream

continue; // get next input

}

// ok to process ival

}

循环条件使用了逗号操作符。回顾逗号操作符的求解过程：首先计算它的每一个操作数，然后返回最右边操作数作为整个操作的结果

多种状态的处理，是使用按位或（OR）操作符在一次调用中生成“传递两个或更多状态位”的值。

// sets both the badbit and the failbit

is.setstate(ifstream::badbit | ifstream::failbit);

输出缓冲区的管理

每个 IO 对象管理一个缓冲区，用于存储程序读写的数据。如有下面语句：

os << "please enter a value: ";

系统将字符串字面值存储在与流 os 关联的缓冲区中。下面几种情况将导致缓冲区的内容被刷新，即写入到真实的输出设备或者文件：

1. 程序正常结束。作为 main 返回工作的一部分，将清空所有输出缓冲区。

2. 在一些不确定的时候，缓冲区可能已经满了，在这种情况下，缓冲区将会在写下一个值之前刷新。

3. 用操纵符显式地刷新缓冲区，例如行结束符 endl。

4. 在每次输出操作执行完后，用 unitbuf 操作符设置流的内部状态，从而清空缓冲区。

5. 可将输出流与输入流关联（tie）起来。在这种情况下，在读输入流时将刷新其关联的输出缓冲区。

cout << "hi!" << flush; // flushes the buffer; adds no data

cout << "hi!" << ends; // inserts a null, then flushes the buffer

cout << "hi!" << endl; // inserts a newline, then flushes the buffer

如果需要刷新所有输出，最好使用 unitbuf 操纵符。这个操纵符在每次执行完写操作后都刷新流：

cout << unitbuf << "first" << " second" << nounitbuf;

nounitbuf 操纵符将流恢复为使用正常的、由系统管理的缓冲区刷新方式。

警告：如果程序崩溃了，则不会刷新缓冲区

tie 函数可用 istream 或 ostream 对象调用，使用一个指向 ostream 对象的指针形参。调用 tie 函数时，将实参流绑在调用该函数的对象上。如果一个流调用 tie 函数将其本身绑在传递给 tie 的 ostream 实参对象上，则该流上的任何 IO 操作都会刷新实参所关联的缓冲区。一个 ostream 对象每次只能与一个 istream 对象绑在一起。如果在调用

tie 函数时传递实参 0，则打破该流上已存在的捆绑。

cin.tie(&cout); // illustration only: the library ties cin and cout for us

ostream *old_tie = cin.tie();

cin.tie(); // break tie to cout, cout no longer flushed when cin is read

文件的输入和输出

fstream 类型除了继承下来的行为外，还定义了两个自己的新操作—— open和 close，以及形参为要打开的文件名的构造函数。

需要读写文件时，则必须定义自己的对象，并将它们绑定在需要的文件上。为 ifstream 或者 ofstream 对象提供文件名作为初始化式，就相当于打开了特定的文件。

// construct an ifstream and bind it to the file named ifile

ifstream infile(ifile.c_str());

// ofstream output file object to write file named ofile

ofstream outfile(ofile.c_str());

警告：C++ 中的文件名

由于历史原因，IO 标准库使用 C 风格字符串（第 4.3 节）而不是 C++ strings 类型的字符串作为文件名。在创建 fstream 对象时，如果调用open 或使用文件名作初始化式，需要传递的实参应为 C 风格字符串，而不是标准库 strings 对象。程序常常从标准输入获得文件名。通常，比较好的方法是将文件名读入 string 对象，而不是 C 风格字符数组。假设要使用的文件名保存在 string 对象中，则可调用 c_str 成员获取 C 风格字符串。

打开文件后，通常要检验打开是否成功，这是一个好习惯：

// check that the open succeeded

if (!infile) {

cerr << "error: unable to open input file: "

<< ifile << endl;

return -;

}

fstream 对象一旦打开，就保持与指定的文件相关联。如果要把 fstream 对象与另一个不同的文件关联，则必须先关闭（close）现在的文件，然后打开（open）另一个文件。

ifstream infile("in"); // opens file named "in" for reading

infile.close(); // closes "in"

infile.open("next"); // opens file named "next" for reading

如果遇到文件结束符或其他错误，将设置流的内部状态，以便之后不允许再对该流做读写操作。关闭流并不能改变流对象的内部状态。如果最后的读写操作失败了，对象的状态将保持为错误模式，直到执行 clear 操作重新恢复流的状态为止。调用 clear 后，就像重新创建了该对象一样。如果需要重用文件流读写多个文件，必须在读另一个文件之前调用 clear 清除该流的状态。

ifstream input;

vector<string>::const_iterator it = files.begin();

// for each file in the vector

while (it != files.end()) {

input.open(it->c_str()); // open the file

// if the file is ok, read and "process" the input

if (!input)

break; // error: bail out!

while(input >> s) // do the work on this file

process(s);

input.close(); // close file when we're done with it

input.clear(); // reset state to ok

++it; // increment iterator to get next file

}

文件模式

在打开文件时，无论是调用 open 还是以文件名作为流初始化的一部分，都需指定文件模式（file mode）。ate 模式只在打开时有效：文件打开后将定位在文件尾。以 binary 模式打开的流则将文件以字节序列的形式处理，而不解释流中的字符。

in	打开文件做读操作
out	打开文件做写操作
app	在每次写之前找到文件尾
ate	打开文件后立即将文件定位在文件尾
trunc	打开文件时清空已存在的文件流
binary	以二进制模式进行 IO 操作

对于用 ofstream 打开的文件，要保存文件中存在的数据，唯一方法是显式地指定 app 模式打开：

// output mode by default; truncates file named "file1"

ofstream outfile("file1");

// equivalent effect: "file1" is explicitly truncated

ofstream outfile2("file1", ofstream::out | ofstream::trunc);

// append mode; adds new data at end of existing file named "file2"

ofstream appfile("file2", ofstream::app);

默认情况下，fstream 对象以 in 和 out 模式同时打开。当文件同时以 in和 out 打开时不清空。

只要调用 open 函数，就要设置文件模式，其模式的设置可以是显式的也可以是隐式的。如果没有指定文件模式，将使用默认值。

一个打开并检查输入文件的程序

// opens in binding it to the given file

ifstream& open_file(ifstream &in, const string &file)

{

in.close(); // close in case it was already open

in.clear(); // clear any existing errors

// if the open fails, the stream will be in an invalid state

in.open(file.c_str()); // open the file we were given

return in; // condition state is good if open succeeded

}

字符串流

将流与存储在程序内存中的string 对象捆绑起来。

stringstream strm;	创建自由的 stringstream 对象
stringstream strm(s);	创建存储 s 的副本的   stringstream 对象，其中 s 是string 类型的对象
strm.str()	返回 strm 中存储的 string   类型对象
strm.str(s)	将 string 类型的 s 复制给   strm，返回 void

string line, word; // will hold a line and word from input,

respectively

while (getline(cin, line)) { // read a line from the input into line

// do per-line processing

istringstream stream(line); // bind to stream to the line we read

while (stream >> word){ // read a word from line

// do per-word processing

}

}

stringstream 提供的转换和／或格式化

stringstream 对象的一个常见用法是，需要在多种数据类型之间实现自动格式化时使用该类类型

int val1 = , val2 = ;

ostringstream format_message;

// ok: converts values to a string representation

format_message << "val1: " << val1 << "\n"

<< "val2: " << val2 << "\n";

这里创建了一个名为 format_message 的 ostringstream 类型空对象，并将指定的内容插入该对象。重点在于 int 型值自动转换为等价的可打印的字符串

// str member obtains the string associated with a stringstream

istringstream input_istring(format_message.str());

string dump; // place to dump the labels from the formatted message

// extracts the stored ascii values, converting back to arithmetic

types

input_istring >> dump >> val1 >> dump >> val2;

cout << val1 << " " << val2 << endl; // prints 512 1024

str 成员获取与之前创建的 ostringstream 对象关联的string 副本。再将 input_istring 与 string 绑定起来。在读 input_istring时，相应的值恢复为它们原来的数值型表示形式