C++中輸入流和輸出流的示例分析

這篇文章主要介紹C++中輸入流和輸出流的示例分析，文中介紹的非常詳細，具有一定的參考價(jià)值，感興趣的小伙伴們一定要看完！

1、簡(jiǎn)單介紹

C++ 又可以稱(chēng)為“帶類(lèi)的 C”，即可以理解為 C++ 是 C 語(yǔ)言的基礎上增加了面向對象（類(lèi)和對象）。在此基礎上，學(xué)過(guò) C 語(yǔ)言的讀者應該知道，它有一整套完成數據讀寫(xiě)（I/O）的解決方案：

使用 scanf() 、gets() 等函數從鍵盤(pán)讀取數據，使用 printf() 、puts() 等函數向屏幕上輸出數據；
使用 fscanf() 、fgets() 等函數讀取文件中的數據，使用 fprintf() 、fputs() 等函數向文件中寫(xiě)入數據。

要知道，C 語(yǔ)言的這套 I/O 解決方案也適用于 C++ 程序，但 C++ 并沒(méi)有“偷懶”，它自己獨立開(kāi)發(fā)了一套全新的 I/O 解決方案，其中就包含大家一直使用的 cin 和 cout。前面章節中，我們一直在用 cin 接收從鍵盤(pán)輸入的數據，用 cout 向屏幕上輸出數據（這 2 個(gè)過(guò)程又統稱(chēng)為“標準 I/O”）。除此之外，C++ 也對從文件中讀取數據和向文件中寫(xiě)入數據做了支持（統稱(chēng)為“文件 I/O”）。

本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，C++ 的這套 I/O 解決方案就是一個(gè)包含很多類(lèi)的類(lèi)庫（作為 C++ 標準庫的組成部分），這些類(lèi)常被稱(chēng)為“流類(lèi)”。
C++ 的開(kāi)發(fā)者認為數據輸入和輸出的過(guò)程也是數據傳輸的過(guò)程，數據像水一樣從一個(gè)地方流動(dòng)到另一個(gè)地方，所以 C++ 中將此過(guò)程稱(chēng)為“流”，實(shí)現此過(guò)程的類(lèi)稱(chēng)為“流類(lèi)”。

下圖展示了 C++ 中用于實(shí)現數據輸入和輸出的這些流類(lèi)以及它們之間的關(guān)系：

C++類(lèi)庫中的流類(lèi)：

其中，圖中的箭頭代表各個(gè)類(lèi)之間的派生關(guān)系。比如，ios 是所有流類(lèi)的基類(lèi)，它派生出 istream 和 ostream。特別需要指出的是，為了避免多繼承的二義性，從 ios 派生出 istream 和 ostream 時(shí)，均使用了 virtual 關(guān)鍵字（虛繼承）。

上圖 中這些流類(lèi)各自的功能分別為：

• istream：常用于接收從鍵盤(pán)輸入的數據；

• ostream：常用于將數據輸出到屏幕上；

• ifstream：用于讀取文件中的數據；

• ofstream：用于向文件中寫(xiě)入數據；

• iostream：繼承自 istream 和 ostream 類(lèi)，因為該類(lèi)的功能兼兩者于一身，既能用于輸入，也能用于輸出；

• fstream：兼 ifstream 和 ofstream 類(lèi)功能于一身，既能讀取文件中的數據，又能向文件中寫(xiě)入數據。

本章僅講解實(shí)現標準 I/O 操作的 istream、ostream 和 iostream 類(lèi)，有關(guān)實(shí)現文件 I/O 操作的流類(lèi)放到后續章節講解。

2、C++輸入流和輸出流

在前面章節的學(xué)習中，只要涉及輸入或者輸出數據，我們立馬想到的就是 cin 和 cout。其實(shí)，cin 就是 istream 類(lèi)的對象，cout 是 ostream 類(lèi)的對象，它們都聲明在 <iostream> 頭文件中，這也解釋了“為什么在 C++ 程序中引入 <iostream> 就可以使用 cin 和 cout”（當然使用 cin 和 cout，還需要聲明 std 命名空間）。

除此之外，<iostream> 頭文件中還聲明有 2 個(gè) ostream 類(lèi)對象，分別為 cerr 和 clog。它們的用法和 cout 完全一樣，但 cerr 常用來(lái)輸出警告和錯誤信息給程序的使用者，clog 常用來(lái)輸出程序執行過(guò)程中的日志信息（此部分信息只有程序開(kāi)發(fā)者看得到，不需要對普通用戶(hù)公開(kāi)）。

cout、cerr 和 clog 之間的區別如下：

1. cout 除了可以將數據輸出到屏幕上，通過(guò)重定向（后續會(huì )講），還可以實(shí)現將數據輸出到指定文件中；而 cerr 和 clog 都不支持重定向，它們只能將數據輸出到屏幕上；

2. cout 和 clog 都設有緩沖區，即它們在輸出數據時(shí)，會(huì )先將要數據放到緩沖區，等緩沖區滿(mǎn)或者手動(dòng)換行（使用換行符 '\n' 或者 endl）時(shí)，才會(huì )將數據全部顯示到屏幕上；而 cerr 則不設緩沖區，它會(huì )直接將數據輸出到屏幕上。

除了以上 2 點(diǎn)特性上的不同之外，cerr、clog 和 cout 沒(méi)有任何不同。之所以我們常用 cout，是因為 cerr 和 clog 有各自不同的適用場(chǎng)景。以 cerr 為例，一旦程序某處使用 cerr 輸出數據，我們自然而然地會(huì )認為此處輸出的是警告或者錯誤信息。

值得一提的是，類(lèi)似 cin、cout、cerr 和 clog 這樣，它們都是 C++ 標準庫的開(kāi)發(fā)者創(chuàng )建好的，可以直接拿來(lái)使用，這種在 C++ 中提前創(chuàng )建好的對象稱(chēng)為內置對象。實(shí)際上，<iostream> 頭文件中還聲明有處理寬字符的 4 個(gè)內置對象，分別為 wcin、wcout、wcerr 以及 wclog，由于不是本節重點(diǎn)，這里不再對它們做詳細講解。

如下程序演示了 cin、cout、cerr 和 clog 的基本用法：

#include <iostream>
#include <string>
int main() {
    std::string url;
    std::cin >> url;
    std::cout << "cout：" << url << std::endl;
    std::cerr << "cerr：" << url << std::endl;
    std::clog << "clog：" << url << std::endl;
    return 0;
}

程序執行結果為：

http://c.biancheng.net
cout：http://c.biancheng.net
cerr：http://c.biancheng.net
clog：http://c.biancheng.net

注意：此程序中并沒(méi)有考慮 cerr 和 clog 各自特有的含義，這里僅是為了演示 cerr 和 clog 的基礎用法，不建議讀者這樣使用。另外，如果程序中 std 命名空間提前聲明，則所有的 std:: 可以省略。

它們的用法遠不止此，istream 和 ostream 類(lèi)提供了很多實(shí)用的函數，cin、cout、cerr 和 clog 作為類(lèi)對象，當然也能調用。

表 1 羅列了 cin 對象常用的一些成員方法以及它們的功能：

表 1 C++ cin 輸入流對象常用成員方法

表 2 羅列了 cout、cerr 和 clog 對象常用的一些成員方法以及它們的功能：

 表 2 C++ cout 輸出流對象常用成員方法

舉個(gè)例子：

#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
    char url[30] = {0};
    //讀取一行字符串
    cin.getline(url, 30);
    //輸出上一條語(yǔ)句讀取字符串的個(gè)數
    cout << "讀取了 "<<cin.gcount()<<" 個(gè)字符" << endl;
    //輸出 url 數組存儲的字符串
    cout.write(url, 30);
    return 0;
}

程序執行結果為：

http://c.biancheng.net
讀取了 23 個(gè)字符
http://c.biancheng.net

注意：表 1 和表 2 中僅羅列了 istream 和 ostream 類(lèi)中常用的一些成員方法，關(guān)于這些方法的具體用法，后續章節會(huì )做詳細介紹。