C/C++开发，无可避免的IO输入/输出（篇三）.字符串流（内存流）IO处理

目录

一、字符串流

        1.1 字符串流继承体系

        1.2 字符串流本质-类模板std::basic_stringstream

        1.3 字符串流缓冲-std::stringbuf

        1.4 stringbuf与序列缓冲

        1.5 字符串流的打开模式

二、字符串流的运用

        2.1 格式转换是其拿手好戏

        2.2 字符串流仅提供移动赋值

        2.3 std::basic_stringstream不仅仅是字符串支持

        2.4 字符串流在信息拼接上也有独到之处

 三、演示源代码补充

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一、字符串流

        1.1 字符串流继承体系

        c++的设备抽象层IO流（iostream/ostream/istream）派生了两个体系，一个是文件流(fstream/ofstream/ifstream)，另一个则是字符串流（即内存流，stringstream/ostringstream/istringstream，字符串输入输出、字符串输出、字符串输入）。另外，字符串流的每个类都有一个对应的宽字符集版本。一般情况下使用stringstream就足够，因为字符串要频繁的涉及到输入输出。

        因此本专栏本专题前面讲述的设备抽象层IO流所具有的能力，例如打开标志、流状态管理、缓冲区管理、寻位、格式化、回调等（这些就不再本文展开），字符串流同样具备，并在应用过程中发现和抽象层IO流、文件流很大一部分功能是重合的，那么为何还需要一个字符串流呢，为何 字符串类（string）功能不能胜任其应用呢。

        stringstream类既然命名为字符串流，那么它最大的特点就是"流"特性了，开发者可以向“流水”一样向stringstream对象传递数据。

#include <iostream>
#include <sstream>void stringstream_first_test(void)
{std::stringstream ss;ss << "hello ";ss << "world!";ss << std::endl;ss << "I'm c++ developer!";std::cout << ss.str() << std::endl;
}
//out log
D:\workForMy\workspace\io_c++_test3>test.exe
hello world!
I'm c++ developer!

        1.2 字符串流本质-类模板std::basic_stringstream

        类似于文本流，stringstream类的本质实现来自于类模板std::basic_stringstream的特化，即

namespace std {template<class CharT, class Traits = char_traits<CharT>,class Allocator = allocator<CharT>>class basic_stringbuf;using stringbuf  = basic_stringbuf<char>;using wstringbuf = basic_stringbuf<wchar_t>;template<class CharT, class Traits = char_traits<CharT>,class Allocator = allocator<CharT>>class basic_istringstream;using istringstream  = basic_istringstream<char>;using wistringstream = basic_istringstream<wchar_t>;template<class CharT, class Traits = char_traits<CharT>,class Allocator = allocator<CharT>>class basic_ostringstream;using ostringstream  = basic_ostringstream<char>;using wostringstream = basic_ostringstream<wchar_t>;template<class CharT, class Traits = char_traits<CharT>,class Allocator = allocator<CharT>>class basic_stringstream;using stringstream  = basic_stringstream<char>;using wstringstream = basic_stringstream<wchar_t>;
};

        std::basic_stringstream是一个类模板，实现基于字符串的流上的输入与输出操作。将前面的例子替换为std::basic_stringstream<char>对象测试看看：

void basic_stringstream_test(void)
{std::basic_stringstream<char> ss;ss << "hello ";ss << "world!";ss << std::endl;ss << "I'm c++ developer!";std::cout << ss.str() << std::endl;
}
//main.cppstringstream_first_test();basic_stringstream_test();
//out log 是一致的
D:\workForMy\workspace\io_c++_test3>test.exe
hello world!
I'm c++ developer!
hello world!
I'm c++ developer!

        1.3 字符串流缓冲-std::stringbuf

        std::basic_stringstream它等效地存储一个 std::basic_string（basic_stringstream<char>） 的实例，并在其上进行输入与输出操作。该类实际上在低层包装 std::basic_stringbuf 的原生字符串设备到 std::basic_iostream 的高层接口中。提供到独有 std::basic_stringbuf 成员的完整接口，即字符串流的缓冲区及相关处理功能由std::stringbuf(std::basic_stringbuf<char>)类来完成的。

//定义于头文件 <sstream>
template< class CharT,class Traits = std::char_traits<CharT>,class Allocator = std::allocator<CharT>
> class basic_stringstream; 类型             定义 
stringstream     basic_stringstream<char> 
wstringstream    basic_stringstream<wchar_t> 成员类型                 定义 
char_type               CharT 
traits_type             Traits ；若 Traits::char_type 不是 CharT 则程序非良构。 
int_type                Traits::int_type 
pos_type                Traits::pos_type 
off_type                Traits::off_type 
allocator_type          Allocator 成员函数
(构造函数)          构造字符串流(公开成员函数) 
operator=          (C++11)移动字符串流(公开成员函数) 
swap               (C++11)交换两个字符串流(公开成员函数) 
rdbuf              返回底层未处理的字符串设备对象(公开成员函数) 字符串操作
str                获取或设置底层字符串设备对象的内容(公开成员函数) 
view               (C++20)获得底层字符串设备的内容上的视图(公开成员函数) 非成员函数
std::swap(std::basic_istringstream)     (C++11)特化 std::swap 算法(函数模板) //相关父类的成员和设备抽象层IO流、文件流是一致的这里就不详细给出，可以参看前面博文
【1】***继承自 std::basic_istream省略
【2】***继承自 std::basic_ostream省略
【3】***继承自 std::basic_ios省略
【4】***继承自 std::ios_base省略

        std::basic_stringbuf 是关联字符序列为内存常驻的任意字符序列的 std::basic_streambuf 。能从 std::basic_string 的实例初始化它，或将它做成该类的实例。

//定义于头文件 <sstream>
template< class CharT,class Traits = std::char_traits<CharT>,class Allocator = std::allocator<CharT>
> class basic_stringbuf : public std::basic_streambuf<CharT, Traits> 

        std::basic_stringbuf 的典型实现保有一个 std::basic_string 类型对象，或等价的可伸缩序列容器作为数据成员，并将它同时用作受控制字符序列（为 std::basic_streambuf 的六个指针所指向的数组）和关联字符序列（所有输入操作的字符源和输出操作的目标）。另外，典型的实现保有一个 std::ios_base::openmode 类型的数据成员，以指示流的状态（只读、只写、读写、尾端写等）。若 overflow() 使用过分配策略，则可存储另外的高水位指针，以跟踪最后初始化的字符。 (C++11 起)。

公开成员函数
(构造函数)         构造一个 basic_stringbuf 对象(公开成员函数) 
operator=         (C++11)赋值 basic_stringbuf 对象(公开成员函数) 
swap              (C++11)交换二个 basic_stringbuf 对象(公开成员函数) 
(析构函数)         [虚](隐式声明)析构 basic_stringbuf 对象和其所保有的 string(虚公开成员函数) 
str               替换或获得关联字符串的副本(公开成员函数) 
get_allocator     (C++20)获得与内部 basic_string 关联的分配器的副本(公开成员函数) 
view (C++20)      获得底层字符序列上的视图(公开成员函数) 受保护成员函数
underflow [虚]    返回输入序列中可用的下一字符(虚受保护成员函数) 
pbackfail [虚]    回放字符到输出序列中(虚受保护成员函数) 
overflow [虚]     后附字符到输出序列(虚受保护成员函数)
setbuf [虚]       试图以数组替换受控字符序列(虚受保护成员函数) 
seekoff [虚]      用相对寻址，重定位输入序列、输出序列或两者中的下一位置指针(虚受保护成员函数) 
seekpos [虚]      用绝对寻址，重定位输入序列、输出序列或两者中的下一位置指针(虚受保护成员函数) 非成员函数
std::swap(std::basic_stringbuf)     (C++11)特化std::swap算法(函数模板) //父类streambuf这里就不详细给出，可以参看前面博文
【1】***继承自 std::basic_streambuf

        1.4 stringbuf与序列缓冲

        stringbuf在输入输出序列上的操作大多是受保护的虚函数，开发者可以继承stringbuf类，然后在派生类重载这些函数以实现与项目开发切合的额外功能。如果stringstream对象想直接调用这些已经实现的这些虚实现，例如setbuf，需要通过rdbuf函数先获得stringbuf对象指针，才能进行调用。

void basic_stringstream_test1(void)
{std::basic_stringstream<char> ss;char c[256] = {0};ss.rdbuf()->pubsetbuf(c, 256);ss << "hello ";ss << "world!";ss << std::endl;ss << "I'm c++ developer!";std::cout << "--------1--------\n";std::cout << ss.str() << std::endl;std::cout << "--------2--------\n";std::cout << c << std::endl;
}
//out log
--------1--------
hello world!
I'm c++ developer!                                                                                                                                                                                                                              
--------2--------
hello world!
I'm c++ developer!

        上述代码，将一个字符数组设置为stringstream的缓冲序列，stringstream对象输入输出的数据均就改换成这个字符数组存储管理，可看到通过str函数（返回值对象是stringbuf）输出stringstream的存储内容和直接输出字符数组内容是一致的。

        同一字符数组可以先后与不同字符串流 (str_in 或 str_out) 建立关联，分别对用一字符数组进行操作，甚至可以对字符数组交叉进行读写。

        1.5 字符串流的打开模式

        虽然说stringstream不像文件流一样需要打开文件，没有提供如open这样的函数，但是stringstream可以把缓冲内存块看着是文件，它同样具有打开模式的设置，主要体现在其构造函数中(istringstream/ostringstream类似)：

/*以默认打开模式构造新的底层字符串设备*/
basic_stringstream(): basic_stringstream(std::ios_base::in | std::ios_base::out) { }//(C++11 起) /*构造新的底层字符串设备。
*以 basic_stringbuf<Char,Traits,Allocator>(mode) 构造底层 basic_stringbuf 对象*/
explicit basic_stringstream( std::ios_base::openmode mode = std::ios_base::in | std::ios_base::out );//  (C++11 前) 
explicit basic_stringstream( std::ios_base::openmode mode );//(C++11 起) /*以 str 的副本为底层字符串设备的初始内容。
*以 basic_stringbuf<Char,Traits,Allocator>(str, mode) 构造底层 basic_stringbuf 对象。*/
explicit basic_stringstream( const std::basic_string<CharT,Traits,Allocator>& str,std::ios_base::openmode mode = std::ios_base::in | std::ios_base::out );/*移动构造函数。用移动语义，构造拥有 other 的状态的字符串流。*/
basic_stringstream( basic_stringstream&& other );// (C++11 起) /*构造新的底层字符串设备。
*以 basic_stringbuf<Char,Traits,Allocator>(mode, a) 构造底层 basic_stringbuf 对象。*/
basic_stringstream( std::ios_base::openmode mode, const Allocator& a );//(C++20 起) /*用 str 移动构造底层字符串设备的内容。
*以basic_stringbuf<Char,Traits,Allocator>(std::move(str), mode)构造basic_stringbuf对象*/
explicit basic_stringstream( std::basic_string<CharT,Traits,Allocator>&& str,std::ios_base::openmode mode = std::ios_base::in | std::ios_base::out );//(C++20 起) /*构造新的底层字符串设备。
*以basic_stringbuf<Char,Traits,Allocator>(str, std::ios_base::in | std::ios_base::out, a) 
*构造底层 basic_stringbuf 对象。*/
template<class SAlloc>
basic_stringstream( const std::basic_string<CharT,Traits,SAlloc>& str,const Allocator& a ): basic_stringstream(str, std::ios_base::in | std::ios_base::out, a) { } //(C++20 起) /*构造新的底层字符串设备。
*以 basic_stringbuf<Char,Traits,Allocator>(str, mode, a) 构造底层 basic_stringbuf 对象。*/
template<class SAlloc> 
basic_stringstream( const std::basic_string<CharT,Traits,SAlloc>& str,std::ios_base::openmode mode, const Allocator& a ); // (C++20 起) 
/*构造新的底层字符串设备。
*以 basic_stringbuf<Char,Traits,Allocator>(str, mode) 构造底层 basic_stringbuf 对象。
*此重载仅若 SAlloc 与 Allocator 不是同一类型才参与重载决议。*/
template<class SAlloc> 
explicit basic_stringstream( const std::basic_string<CharT,Traits,SAlloc>& str,std::ios_base::openmode mode = std::ios_base::in | std::ios_base::out ); // (C++20 起) 

        在构造时可显示指定打开标志，这些数值是下列常量的组合（‘|’）：

app     每次写入前寻位到流结尾 
binary  以二进制模式打开 
in      为读打开 
out     为写打开 
trunc   在打开时舍弃流的内容 
ate     打开后立即寻位到流结尾 

        字符串流类没有open成员函数, 通过调用构造函数建立字符串流对象。支持传入指向字符数组首元素的指针, 用它来初始化流对象，可以设置openmode，是上述常量的组合，显式指明操作方式。

void basic_stringstream_test2(void)
{char c;std::istringstream in; //std::stringstream in(std::ios_base::in);   //实际in.str("a b");in >> c;std::cout << "c = " << c << ", str() = \"" << in.str() << "\"\n";// in << 'c'; //error，无效，不存在该功能std::ostringstream out("a b");//std::ostringstream out("a b",std::ios_base::out);//实际out << 'c';std::cout << "str() = \"" << out.str() << "\"\n";// out >> c;    //error，无效，不存在该功能std::stringstream ate1("a b ", std::ios_base::ate);ate1 << 'c';    //编译正确，但无效。std::ios_base::out没开启std::cout << "ate1.str() = \"" << ate1.str() << "\"\n";std::stringstream ate2("a b ", std::ios_base::out | std::ios_base::ate);ate2 << 'c';std::cout << "ate2.str() = \"" << ate2.str() << "\"\n";
}

二、字符串流的运用

       2.1 格式转换是其拿手好戏

        stringstream支持有格式输入输出（operator<</operator>>），stringstream通常是用来做数据转换的，用于字符串与其他变量类型的转换，它是安全，自动和直接的。通过字符串流从字符数组或字符串读数据就如同从键盘读数据一样, 可以从字符数组读入字符数据, 也可以读入整数, 浮点数或其他类型数据。

//类似的可以写出其他类型的转换，或采用模板函数实现各种类型转换
int strToInt(const char* str)
{int ret = 0;std::stringstream strBufer(str);if(!(strBufer>>ret))std::cout << "strToInt error"<< std::endl;return ret;
}void stringstream_user_test1(void)
{std::string str1("hello 1234 0 4.368");std::stringstream ss(str1);//构造函数初始化std::cout<<ss.str()<<std::endl;std::string str2;if(ss>>str2){std::cout << "str2 = " << str2 << std::endl;}int a;if(ss>>a){std::cout << "a = " << a << std::endl;}bool b;// ss>>std::boolalpha;if(ss>>b){std::cout << "b = " << b << std::endl;}float c;if(ss>>c){std::cout << "c = " << c << std::endl;}ss.clear();ss.str(" I am learning c++ stringstream!");//重新赋值while(ss>>str2)//不断读取{ std::cout<<str2<<" ";}		std::cout << std::endl;const char *pi = "1314";std::cout << "strToInt(pi) = " << strToInt(pi) << std::endl;
}
//out log
hello 1234 0 4.368
str2 = hello
a = 1234
b = 0
c = 4.368
I am learning c++ stringstream!
strToInt(pi) = 1314

        在实际开发过程中，对于那些悬而未决的混合字段信息，采用stringstream系列来存储，等到具体数据处理实现时再添加确切类型支持是个不错的选择。

        2.2 字符串流仅提供移动赋值

        stringstream系列类型支持移动赋值，但不支持复制赋值，它是通过stringbuf来熟悉的：

//std::basic_stringbuf<CharT,Traits,Allocator>::operator=
/*
*移动赋值运算符：移动 rhs 的内容到 *this 中。
*移动后 *this 拥有 rhs 之前保有的关联 string 、打开模式、本地环境和所有其他状态。
*保证 *this 中 std::basic_streambuf 的六个指针有别于被移动的 rhs 的对应指针，除非它们为空。
*/
std::basic_stringbuf& operator=( std::basic_stringbuf&& rhs );// (C++11 起) /*复制赋值运算符被删除；basic_stringbuf 不可复制赋值 (CopyAssignable) 。*/
std::basic_stringbuf& operator=( const std::basic_stringbuf& rhs ) = delete;//std::basic_stringstream::operator=
/*
*移动赋值字符串流 other 给 *this 。
*/
basic_stringstream& operator=( basic_stringstream&& other );//(C++11 起) 

        stringstream对象的移动赋值，等效的移动赋值 std::basic_iostream 基类和关联的 std::basic_stringbuf，基类移动赋值交换 *this 与 other 间的所有流状态变量（除了 rdbuf ），other 的内容被清除，流状态被重置。

void stringstream_user_test2(void)
{std::stringstream in("in");std::stringstream out("out");std::cout << "Before move, int = \"" << in.str() << '"'<< " out = \"" << out.str() << "\"\n";*in.rdbuf() = std::move(*out.rdbuf());std::cout << "After move, in = \"" << in.str() << '"'<< " out = \"" << out.str() << "\"\n";std::stringstream ss;ss = std::move(in);std::cout << "After move again, in = \"" << in.str() << '"'<< " ss = \"" << ss.str() << "\"\n";
}
//out log
Before move, int = "in" out = "out"
After move, in = "out" out = ""
After move again, in = "" ss = "out"

        如果想与other的字符串流交换它们的内容及流状态，就采用交换函数swap。

//std::basic_stringstream::swap
//交换流与 other 的状态。
void swap( basic_stringstream& other );//(C++11 起) 

        stringstream对象的交换实现，本质上是通过调用 basic_iostream<CharT, Traits>::swap(other) 和 rdbuf()->swap(*other.rdbuf()) 进行。

void stringstream_user_test3(void)
{std::stringstream in("in");std::stringstream out("out");std::cout << "Before swap, int = \"" << in.str() << '"'<< " out = \"" << out.str() << "\"\n";in.swap(out);//out.swap(in);std::cout << "After swap, in = \"" << in.str() << '"'<< " out = \"" << out.str() << "\"\n";
}
//out log
Before swap, int = "in" out = "out"
After swap, in = "out" out = "in"

        2.3 std::basic_stringstream不仅仅是字符串支持

        需要记住的是std::basic_stringstream是一个类模板，stringstream是其特化类而已，采用std::basic_stringstream支持其他类型也可以实现类似流效果：

void stringstream_user_test4(void)
{int a[10] = {1,2,3,4,5,6};std::basic_stringstream<int> ss(a);// std::basic_stringstream<int> ss;    // ss.rdbuf()->pubsetbuf(a, 10);int n = 0;int index = 0;while(index<6 && ss.read(&n,1)){std::cout << " a["<<index<<"] = " << n << "\n";++index;}
}
//out loga[0] = 1a[1] = 2a[2] = 3a[3] = 4a[4] = 5a[5] = 6

        2.4 字符串流在信息拼接上也有独到之处

        相对于用stringstream将字段信息拆分获得不同数据类型的信息，也可以采用stringstream类将不同类型的数据信息进行混合拼接，获得所需的字段信息，这在词汇组织处理上有独到之处。

void stringstream_user_test5(void)
{std::stringstream ss;int a = 34;int b = 27;ss << "now we count " << a <<" multiply " << b <<" the val is " << a*b;std::cout << "ss = \"" << ss.str() << "\"\n";
}
//out log
ss = "now we count 34 multiply 27 the val is 918"

        关于字符串流IO的主要内容介绍到此结束！

        感谢读友能耐心看到最后，本人文章都很长，知识点很细，可能会有所遗漏和失误，如果有不妥之处，烦请指出。如果内容对您有所触动，请点赞关注一下防止不迷路。

 三、演示源代码补充

        编译指令：g++ main.cpp test*.cpp -o test.exe -std=c++11

        main.cpp

#include "test1.h"int main(int argc, char* argv[])
{stringstream_first_test();basic_stringstream_test();basic_stringstream_test1();basic_stringstream_test2();stringstream_user_test1();stringstream_user_test2();stringstream_user_test3();stringstream_user_test4();stringstream_user_test5();return 0;
}

        test1.h

#ifndef _TEST_1_H_
#define _TEST_1_H_void stringstream_first_test(void);
void basic_stringstream_test(void);
void basic_stringstream_test1(void);
void basic_stringstream_test2(void);
void stringstream_user_test1(void);
void stringstream_user_test2(void);
void stringstream_user_test3(void);
void stringstream_user_test4(void);
void stringstream_user_test5(void);
#endif //_TEST_1_H_

        test1.cpp

#include "test1.h"#include <iostream>
#include <sstream>void stringstream_first_test(void)
{std::stringstream ss;ss << "hello ";ss << "world!";ss << std::endl;ss << "I'm c++ developer!";std::cout << ss.str() << std::endl;
}void basic_stringstream_test(void)
{std::basic_stringstream<char> ss;ss << "hello ";ss << "world!";ss << std::endl;ss << "I'm c++ developer!";std::cout << ss.str() << std::endl;
}void basic_stringstream_test1(void)
{std::basic_stringstream<char> ss;char c[256] = {0};ss.rdbuf()->pubsetbuf(c, 256);ss << "hello ";ss << "world!";ss << std::endl;ss << "I'm c++ developer!";std::cout << "--------1--------\n";std::cout << ss.str() << std::endl;std::cout << "--------2--------\n";std::cout << c << std::endl;
}void basic_stringstream_test2(void)
{char c;std::istringstream in; //std::stringstream in(std::ios_base::in);   //实际in.str("a b");in >> c;std::cout << "c = " << c << ", str() = \"" << in.str() << "\"\n";// in << 'c'; //error，无效，不存在该功能std::ostringstream out("a b");//std::ostringstream out("a b",std::ios_base::out);//实际out << 'c';std::cout << "str() = \"" << out.str() << "\"\n";// out >> c;    //error，无效，不存在该功能std::stringstream ate1("a b ", std::ios_base::ate);ate1 << 'c';    //编译正确，但无效。std::ios_base::out没开启std::cout << "ate1.str() = \"" << ate1.str() << "\"\n";std::stringstream ate2("a b ", std::ios_base::out | std::ios_base::ate);ate2 << 'c';std::cout << "ate2.str() = \"" << ate2.str() << "\"\n";
}
//类似的可以写出其他类型的转换，或采用模板函数实现各种类型转换
int strToInt(const char* str)
{int ret = 0;std::stringstream strBufer(str);if(!(strBufer>>ret))std::cout << "strToInt error"<< std::endl;return ret;
}void stringstream_user_test1(void)
{std::string str1("hello 1234 0 4.368");std::stringstream ss(str1);//构造函数初始化std::cout<<ss.str()<<std::endl;std::string str2;if(ss>>str2){std::cout << "str2 = " << str2 << std::endl;}int a;if(ss>>a){std::cout << "a = " << a << std::endl;}bool b;// ss>>std::boolalpha;if(ss>>b){std::cout << "b = " << b << std::endl;}float c;if(ss>>c){std::cout << "c = " << c << std::endl;}ss.clear();ss.str(" I am learning c++ stringstream!");//重新赋值while(ss>>str2)//不断读取{ std::cout<<str2<<" ";}		std::cout << std::endl;const char *pi = "1314";std::cout << "strToInt(pi) = " << strToInt(pi) << std::endl;
}void stringstream_user_test2(void)
{std::stringstream in("in");std::stringstream out("out");std::cout << "Before move, int = \"" << in.str() << '"'<< " out = \"" << out.str() << "\"\n";*in.rdbuf() = std::move(*out.rdbuf());std::cout << "After move, in = \"" << in.str() << '"'<< " out = \"" << out.str() << "\"\n";std::stringstream ss;ss = std::move(in);std::cout << "After move again, in = \"" << in.str() << '"'<< " ss = \"" << ss.str() << "\"\n";
}void stringstream_user_test3(void)
{std::stringstream in("in");std::stringstream out("out");std::cout << "Before swap, int = \"" << in.str() << '"'<< " out = \"" << out.str() << "\"\n";in.swap(out);//out.swap(in);std::cout << "After swap, in = \"" << in.str() << '"'<< " out = \"" << out.str() << "\"\n";
}void stringstream_user_test4(void)
{int a[10] = {1,2,3,4,5,6};std::basic_stringstream<int> ss(a);// std::basic_stringstream<int> ss;    // ss.rdbuf()->pubsetbuf(a, 10);int n = 0;int index = 0;while(index<6 && ss.read(&n,1)){std::cout << " a["<<index<<"] = " << n << "\n";++index;}
}void stringstream_user_test5(void)
{std::stringstream ss;int a = 34;int b = 27;ss << "now we count " << a <<" multiply " << b <<" the val is " << a*b;std::cout << "ss = \"" << ss.str() << "\"\n";
}