Cpp::IO流(37)

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前言

  芜湖，要结束喽！

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一、C语言的输入与输出

C语言中我们用到的最频繁的输入输出方式就是 scanf () 与 printf() 。

 scanf( ): 从标准输入设备(键盘)读取数据，并将值存放在变量中。
 printf( ): 将指定的文字 / 字符串输出到标准输出设备(屏幕)。注意宽度输出和精度输出控制。C语言借助了相应的缓冲区来进行输入与输出。

输入输出缓冲区的意义：

1. 可以屏蔽掉低级I/O的实现，低级I/O的实现依赖操作系统本身内核的实现，所以如果能够屏蔽这部分的差异，可以很容易写出可移植的程序
2. 可以使用这部分的内容实现 “行” 读取的行为，对于计算机而言是没有 “行” 这个概念，有了这部分，就可以定义 “行” 的概念，然后解析缓冲区的内容，返回一个 “行”

二、什么是流？

  其实，“流” 的概念我们之前就有过了解，现在我们再来回顾一下

  “流” 即是流动的意思，是物质从一处向另一处流动的过程，是对一种有序连续且具有方向性的数据（ 其单位可以是bit,byte,packet ）的抽象描述

  而 C++流 是指信息从外部输入设备（如键盘）向计算机内部（如内存）输入和从内存向外部输出设备（显示器）输出的过程。这种输入输出的过程被形象的比喻为 “流”

有序连续、具有方向性

  为了实现这种流动，C++定义了 I/O标准类库 ，这些每个类都称为流 / 流类，用以完成某方面的功能

三、C++ IO流

  C++系统 实现了一个庞大的类库，其中 ios 为基类，其他类都是直接或间接派生自 ios类

C++标准IO流

  C++标准库提供了4个全局流对象 cin、cout、cerr、clog，使用 cout 进行标准输出，即数据从内存流向控制台(显示器)。使用 cin 进行标准输入即数据通过键盘输入到程序中，同时 C++标准库 还提供了 cerr 用来进行标准错误的输出，以及 clog 进行日志的输出，从上图可以看出，cout、cerr、clog是 ostream类 的三个不同的对象，因此这三个对象现在基本没有区别，只是应用场景不同

1. cin为缓冲流。键盘输入的数据保存在缓冲区中，当要提取时，是从缓冲区中拿。如果一次输入过多，会留在那儿慢慢用，如果输入错了，必须在回车之前修改，如果回车键按下就无法挽回了。只有把输入缓冲区中的数据取完后，才要求输入新的数据。
2. 输入的数据类型必须与要提取的数据类型一致，否则出错。出错只是在流的状态字state中对应位置位（置1），程序继续。
3. 空格和回车都可以作为数据之间的分格符，所以多个数据可以在一行输入，也可以分行输入。但如果是字符型和字符串，则空格（ASCII码为32）无法用cin输入，字符串中也不能有空格。回车符也无法读入。
4. cin 和 cout 可以直接输入和输出内置类型数据，原因：标准库已经将所有内置类型的输入和输出全部重载了

int main()
{// 标准输出流cout << "xxxx" << endl;// 错误的标准输出流cerr << "yyyy" << endl;// 用于日志记录的标准输出流clog << "zzzz" << endl;int x = 0;// 检查流的状态是否良好cout << cin.good() << endl;// 检查是否设置了 eofbitcout << cin.eof() << endl;// 检查是否设置了failbit或badbitcout << cin.fail() << endl;// 检查是否设置了badbit cout << cin.bad() << endl << endl;cin >> x;cout << x << endl;cout << cin.good() << endl;cout << cin.eof() << endl;cout << cin.fail() << endl;cout << cin.bad() << endl << endl;return 0;
}

5. 对于自定义类型，如果要支持 cin 和 cout 的标准输入输出，需要对 << 和 >> 进行重载

6. istream类型对象转换为逻辑条件判断值

istream& operator>> (int& val);
explicit operator bool() const;

  实际上我们看到使用 while( cin>>i ) 去流中提取对象数据时，调用的是 operator>> ，返回值是 istream类型 的对象，那么这里可以做逻辑条件值，源自于 istream 的对象又调用了 operator bool ，operator bool 调用时如果接收流失败，或者有结束标志，则返回 false

日期类

class Date
{friend ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d);friend istream& operator>>(istream& in, Date& d);
public:Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1):_year(year),_month(month),_day(day){}operator bool(){// 这里是随意写的，假设输入_year为0，则结束if (_year == 0)return false;elsereturn true;}
private:int _year;int _month;int _day;
};istream& operator>>(istream& in, Date& d)
{in >> d._year >> d._month >> d._day;return in;
}ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d)
{out << d._year << " " << d._month << " " << d._day;return out;
}// C++ IO流，使用 面向对象 + 运算符重载 的方式
// 能更好的兼容自定义类型，流插入和流提取
int main()
{// 自动识别类型的本质--函数重载// 内置类型可以直接使用--因为库里面ostream类型已经实现了int i = 1;double j = 2.2;cout << i << endl;cout << j << endl;// 自定义类型则需要我们自己重载 << 和 >>Date d(2022, 4, 10);cout << d;while (d){cin >> d;cout << d;}return 0;
}

文件读写相关类

struct ServerInfo
{// string _address;char _address[32];int _port;Date _date;
};struct ConfigManager
{
public:ConfigManager(const char* filename):_filename(filename){}// 二进制// 内存中怎么存，囫囵吞枣，怎么写出去void WriteBin(const ServerInfo& info){ofstream ofs(_filename, ios_base::out | ios_base::binary);ofs.write((const char*)&info, sizeof(info));}void ReadBin(ServerInfo& info){ifstream ifs(_filename, ios_base::in | ios_base::binary);ifs.read((char*)&info, sizeof(info));}void WriteText(const ServerInfo& info){ofstream ofs(_filename);ofs << info._address << " " << info._port << " " << info._date;}void ReadText(ServerInfo& info){ifstream ifs(_filename);ifs >> info._address >> info._port >> info._date;}private:string _filename; // 配置文件
};

二进制方式写文件

 // 二进制方式读写文件// (当成员是 string 时会有错误，因为 string 读取的是地址，而不是实际的字符串内容)
int main()
{ServerInfo winfo = { "192.0.0.111", 80, { 2022, 4, 10 } };// 写文件ConfigManager cf_bin("test.bin");cf_bin.WriteBin(winfo);return 0;
}

以上说的成员使用 string 时会发生错误，原因在于：

  二进制读写是直接将内存中的数据原样写入文件或从文件中读取到内存。对于基本数据类型（如 int、char 等）和固定大小的数组，这种方式是可行的，因为它们在内存中是连续存储的，并且大小是固定的。例如，int 类型通常占 4 个字节，char[32] 数组占 32 个字节，二进制读写可以准确地处理这些数据

  当使用二进制方式将包含 std::string 成员的结构体写入文件时，实际写入的是 std::string 对象内部的指针和长度等信息，而不是字符串的实际内容

  写入文件时：假设 std::string 对象内部有一个指针 data 指向动态分配的字符串数据，二进制写入操作会将这个指针的值（即内存地址）写入文件，而不是指针所指向的实际字符串内容。

  从文件读取时：读取操作会将之前写入的指针值读回到内存中。但这个指针指向的是写入时的内存地址，在读取时这个地址可能已经无效（例如，该内存可能已经被释放或被其他数据覆盖），或者指向的内容已经改变。因此，读取到的 std::string 对象无法正确访问实际的字符串内容，从而导致错误

二进制方式读文件

int main()
{ConfigManager cf_bin("test.bin");ServerInfo rbinfo;// 读文件cf_bin.ReadBin(rbinfo);cout << rbinfo._ip << " " << rbinfo._port << " " << rbinfo._date << endl;return 0;
}

文本方式写文件

int main()
{ServerInfo winfo = { "192.0.0.1xxxxxxxxxxxx", 80, { 2022, 4, 10 } };// 文本写ConfigManager cf_text("test.text");cf_text.WriteText(winfo);return 0;
}

文本方式读文件

int main()
{ConfigManager cf_text("test.text");ServerInfo rtinfo;// 文本读cf_text.ReadText(rtinfo);cout << rtinfo._ip << " " << rtinfo._port << " " << rtinfo._date << endl;return 0;
}

C++文件IO流

  C++根据文件内容的数据格式分为 二进制文件 和 文本文件 。采用文件流对象操作文件的一般步骤如下：

1. 定义一个文件流对象
     ifstream ifile(只输入用)
     ofstream ofile(只输出用)
     fstream iofile(既输入又输出用)
2. 使用文件流对象的成员函数打开一个磁盘文件，使得文件流对象和磁盘文件之间建立联系
3. 使用提取和插入运算符对文件进行读写操作，或使用成员函数进行读写
4. 关闭文件

以写方式打开文件

#include <fstream>// 写文件 ofstream
int main()
{// in:读 out:写 app:追加 binary:二进制// ofstream ofs("test.txt", ofstream::out);ofstream ofs("test.txt", ofstream::out | ofstream::app);// 写进文件中ofs << "yyyyyyyyy" << endl;return 0;
}

以读方式打开文件

int main()
{//ifstream ofs("test.cpp");ifstream ofs("C:\\Users\\lhq\\Desktop\\C++中程序内存区域划分.png", ios_base::in | ios_base::binary);int n = 0;while (!ofs.eof()){char ch = ofs.get();//cout << ch;++n;}cout << n << endl;return 0;
}

四、stringstream的简单介绍

  在C语言中，如果想要将一个 整形变量 的数据转化为 字符串格式 ，如何去做？

1. 使用 itoa( ) 函数
2. 使用 sprintf( ) 函数

int main()
{int n = 123456789;char s1[32];_itoa(n, s1, 10);char s2[32];sprintf(s2, "%d", n);return 0;
}

但是两个函数在转化时，都得需要先给出保存结果的空间，那空间要给多大呢，就不太好界定

所以我们就要来学习 stringstream类 对象，它的作用如下：

1. 将数值类型数据格式化为字符串

#include<sstream>int main()
{int a = 12345678;string sa;// 将一个整形变量转化为字符串，存储到 string 类对象中stringstream s;s << a;s >> sa;cout << sa << endl;// clear()// 注意多次转换时，必须使用 clear 将上次转换状态清空掉// stringstreams 在转换结尾时(即最后一个转换后),会将其内部状态设置为 badbit// 因此下一次转换是必须调用 clear() 将状态重置为 goodbit 才可以转换// 但是 clear() 不会将 stringstreams 底层字符串清空掉// s.str("");// 将stringstream底层管理string对象设置成"",// 否则多次转换时，会将结果全部累积在底层string对象中s.str("");s.clear();// 清空s, 不清空会转化失败double d = 12.34;// 将一个浮点数变量转化为字符串，存储到string类对象中s << d;s >> sa;cout << sa << endl;string sValue;sValue = s.str();// str()方法：返回stringsteam中管理的string类型cout << sValue << endl;return 0;
}

2. 字符串拼接

int main()
{stringstream sstream;// 将多个字符串放入 sstream 中sstream << "first" << " " << "string,";sstream << " second string";cout << "strResult is: " << sstream.str() << endl;// 清空 sstreamsstream.str("");sstream << "third string";cout << "After clear, strResult is: " << sstream.str() << endl;return 0;
}

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总结

  应该 C++ 的学习之路到此就结束了，我回看了一下这个专栏，反向迭代器、布隆过滤器、并发库等内容还没有讲解，(其实，我目前也没搞很懂) ，之后可能会还有补充，但肯定不是最近的事情~

  嗟乎！C++ 之盛，其兴也勃焉；内存之危，其亡也忽焉。夫编程战国之时，Java 虚拟机坐大，Python 弱冠弄巧，C# 借势微软，然终为 C++ 囊括四海，并吞八荒。当是时也，指针为矢，模板为刃，RAII 守疆，const 镇国，宰制六合，何其壮也！