C++第五十一弹---IO流实战:高效文件读写与格式化输出
小林熬夜学编程 2024-09-17 16:35:01 阅读 58
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1. C语言的输入与输出
2. 流是什么
3. C++IO流
3.1 C++标准IO流
3.2 C++文件IO流
3.2.1 以写方式打开文件
3.2.1 以读方式打开文件
4 stringstream的简单介绍
1. 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。如下图所示:
对输入输出缓冲区的理解:
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”。
2. 流是什么
“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。
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”。
它的特性是: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。
3. 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。
3.1 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。
在使用时候必须要包含文件并引入std标准命名空间。
注意:
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:
代码演示
<code>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 eofbit
cout << cin.eof() << endl;
// 检查是否设置了failbit或badbit
cout << 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;
}
运行结果
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. 在线OJ中的输入和输出:
对于IO类型的算法,一般都需要循环输入:输出:严格按照题目的要求进行,多一个少一个空格都不行。连续输入时,vs系列编译器下在输入ctrl+Z时结束
<code>// 单个元素循环输入
while (cin >> a)
{
// ...
}
// 多个元素循环输入
while (c >> a >> b >> c)
{
// ...
}
// 整行接收
while (cin >> str)
{
// ...
}
7. 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;
else
return 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;
}
代码演示一
// 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;
}
运行结果
文件读写相关类
<code>struct ServerInfo
{
char _ip[32];
//string _ip;
int _port;
Date _date;
};
struct ConfigManager
{
public:
ConfigManager(const char* filename = "test.txt")
:_filename(filename)
{}
void WriteBin(const ServerInfo& info)
{
ofstream ofs(_filename, ios_base::out | ios_base::binary);
// ostream& write (const char* s, streamsize n);
ofs.write((const char*)&info, sizeof(ServerInfo));
}
void ReadBin(ServerInfo& info)
{
ifstream ifs(_filename, ios_base::in | ios_base::binary);
// istream& read (char* s, streamsize n);
ifs.read((char*)&info, sizeof(info));
}
void WriteText(const ServerInfo& info)
{
ofstream ofs(_filename);
// 支持流插入写文件
ofs << info._ip << " " << info._port << " " << info._date;
}
void ReadText(ServerInfo& info)
{
ifstream ifs(_filename);
// 支持流提取读文件
ifs >> info._ip >> 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;
}
运行结果
二进制方式读文件
<code>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
<code>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;
}
运行结果
文本方式读文件
<code>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;
}
运行结果
3.2 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:
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
3.2.1 以写方式打开文件
<code>#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;
}
3.2.1 以读方式打开文件
代码演示
<code>#include<fstream>
// 读文件 ifstream
int main()
{
// 二进制方式打开文件
ifstream ifs("D:\\111期C++\\linux\\Linux板书\\8-12-gdb详细使用.png", ifstream::in | ifstream::binary);
// 获取一个字符
char ch = ifs.get();
int n = 0;
while (ifs.good())
{
++n;
// cout << ch;
ch = ifs.get();
}
cout << n << endl;
cout << cin.good() << endl;
cout << cin.eof() << endl;
cout << cin.fail() << endl;
cout << cin.bad() << endl << endl;
return 0;
}
运行结果
4 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
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,而且转化格式不匹配时,可能还会得到错误的结果甚至程序崩溃。
代码演示
<code>int main()
{
int n = 123456789;
char s1[32];
_itoa(n, s1, 10);
char s2[32];
sprintf(s2, "%d", n);
return 0;
}
运行结果
在C++中,可以使用stringstream类对象来避开此问题。
在程序中如果想要使用stringstream,必须要包含头文件 #include<sstream>。在该头文件下,标准库三个类:istringstream、ostringstream 和 stringstream,分别用来进行流的输入、输出和输入输出操作,本文主要介绍stringstream。
stringstream主要可以用来:
1. 将数值类型数据格式化为字符串
<code>#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;
}
运行结果
2. 字符串拼接
<code>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 sstream
sstream.str("");
sstream << "third string";
cout << "After clear, strResult is: " << sstream.str() << endl;
return 0;
}
运行结果
3. 序列化和反序列化结构数据
<code>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)
{}
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;
}
struct ChatInfo
{
string _name; // 名字
int _id; // id
Date _date; // 时间
string _msg; // 聊天信息
};
// 对标C语言sscanf sprintf
// ostringstream -> 结构信息序列化为字符串
// istringstream -> 字符串序列化结构信息
// stringstream -> 两者均可
int main()
{
// 结构信息序列化为字符串
ChatInfo winfo = { "张三", 135246, { 2022, 4, 10 }, "晚上一起看电影吧" };
ostringstream oos;
cout << winfo._name << " " << winfo._id << " " << winfo._date << " " << winfo._msg;
string str = oos.str();
// 通过网络发送
// send(str.c_str(), str.size());
cout << str << endl;
// receive
// 字符串解析成结构化信息
ChatInfo rInfo;
istringstream iss;
iss.str(str);
iss >> rInfo._name >> rInfo._id >> rInfo._date >> rInfo._msg;
cout << "-------------------------------------------------------" << endl;
cout << "姓名:" << rInfo._name << "(" << rInfo._id << ") ";
cout << rInfo._date << endl;
cout << rInfo._name << ":>" << rInfo._msg << endl;
cout << "-------------------------------------------------------" << endl;
return 0;
}
运行结果
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