文件操作和输入输出流¶
C++的输入输出¶
C++的输入输出流是指由若干字节组成的字节序列，按顺序从一个对象传送到另一个对象。输入时，程序从输入流中抽取字节；输出时，程序将字节插入到输出流中
对于面向文本的程序，每个字节代表一个字符。
读操作在流数据抽象中被称为（从流中）提取，写操作被称为（向流中）插入。
I/O流类库提供对象之间的数据交互服务 - 输出流：表示数据从内存传送到外部设备 - 输入流：表示数据从外部设备传送到内存缓冲区变量中 - 流类库预定义了多种流对象，连接到不同的设备 - 程序员可以定义所需的流对象 - 流类对象可以建立和删除，可以从流中获取数据和向流添加数据
常用的流类继承关系：
ios
├── istream -----------|
│ ├── ifstream |____iostream----fstream
│ └── istringstream |
├── ostream------------|
│ ├── ofstream
│ └── ostringstream
cin对象管理标准输入流，默认与标准输入设备（通常为键盘）相连；cout对象管理标准输出流，默认与标准输出设备（通常为显示器）相连。除此之外，还有cerr、clog、wcin、wcout、wcerr和wclog。
插入运算符<<和提取运算符>>是C++流类的成员函数。它们分别用于向输出流插入数据和从输入流提取数据。插入运算符的左操作数是输出流对象，右操作数是要插入的数据；提取运算符的左操作数是输入流对象，右操作数是要提取的数据。
iostream类库中不同的类的声明被放在不同的头文件中。iostream类库的头文件有：
- iostream：定义了istream、ostream和iostream类，包含了对输入输出流的基本操作
- fstream：定义了ifstream、ofstream和fstream类，包含了对文件流的基本操作
- strstream：定义了istringstream、ostringstream和stringstream类，包含了对字符串流的基本操作
- stdiostream: 用于混合使用C和C++的输入输出流
- iomanip：定义了格式化输入输出流的类和函数
输入输出流分类¶
- 标准流：对系统指定的标准设备的I/O操作
- 文件流：以外存中的文件为对象进行输入和输出；
以文件为对象的输入输出，包括从磁盘文件输入数据，
或将数据输出到磁盘文件； - 字符串流：对内存中指定空间进行输入和输出； 通常指定一个字符数组作为存储空间；
标准输入流¶
使用cin进行输入¶
C++提供了实用的输入功能，通过键盘产生输入的内容，从而形成字节流。cin对象可以将输入字节流中的信息存储到相应的内存单元。通常，可以这样使用cin:
>>是流读取运算符，它重载右移位运算符>>，用于从输入流中提取数据。variable是一个变量，表示要存储输入数据的内存单元。cin对象会将输入的字节流转换为相应的数据类型，并存储到变量中。
左边的cin是一个输入流对象，右边的variable是一个变量，表示要存储输入数据的内存单元。>>是流读取运算符，它重载了右移位运算符，用于从输入流中提取数据。cin对象会将输入的字节流转换为相应的数据类型，并存储到变量中。
流提取符从流中提取数据时通常跳过输入流中的空格、tab键、换行符等空白字符。
输入运算符>>也支持级联输入。在默认情况下，运算符>>跳过空格，读入后面与变量类型相应的值。因此给一组变量输入值时，用空格或换行将输入的数值间隔开。
当输入字符串(char* 类型)时，输入运算符>>会跳过空格，读入后面的非空格符，直到遇到另外一个空格结束，并在字符串末尾自动放置字符‘\0’作为结束标志，例如
str中只存储"Hell"。如果要输入带空格的字符串，可以使用getline()函数。
数据输入时，不仅检查数据间的空格，还做类型检查，自动匹配数据类型。
如果输入12.34 34.56，则i的值为12，f的值为34.56。如果输入12.34 34.56abc，则会报错，提示类型不匹配。
常用istream成员函数
- int istream::get():
如果输入流中包括附加的数据，函数取得并返回下一个字符，否则返回EOF
- istream istream::get(char& c):
如果输入流包括附加的数据，函数取得并将下一个字符分配给c；否则就是没有定义对c的作用。返回一个对this（调用对象）的引用。
- istream istream::get(char s[], int n, char delim = '\n'):
从输入流获取字符并将它们分配给s直到下面的一个条件发生：取得n-1个字符，没有输入字符了，或者下一个接收的字符的值为delim。
- istream istream::getline(char s[], int n, char delim = '\n'):
从输入流获取字符并将它们分配给s直到下面的一个条件发生：取得n-1个字符，没有输入字符了，或者下一个接收的字符的值为delim。
- int istream::peek():
返回下一个字符，但不从输入流中删除它。返回EOF表示没有更多的字符。
- istream& istream::unget(char c):
将字符c放回输入流中,它将是下一个要接收的字符。返回一个对this（调用对象）的引用。
- bool istream::eof():
如果输入流到达文件的末尾，返回true，否则返回false。
其他istream 类方法
=== get() 方法
istream类中的get()方法提供不跳过空格的单字符输入功能
使用方法：
istream::get(char * s, int n),第一个参数用于放置字符串的内存单元的地址，第二个参数为读取的最大字符数（最后一位存放\0,最多读n-1位）
- 三个参数:istream::get(char * s, int n, char delim),第三个参数为分隔符，读取到分隔符时停止,只有两个参数的get函数将换行符用作分界符
=== getline() 方法
读取整行输入
输入流对象.getline(字符数组, 字符个数)，但是只能读字符数-1个字符
getline()重载方法同样也有三个参数的方法,三个参数的作用和上面get()方法类似，其原型如下
=== read() 方法
读取指定字节数的字符
read()方法不会在输入后加上空值字符，因此不能将输入转换为字符串，该方法的返回类型为istream&，可以进行级联输入
标准输出流¶
使用cout进行输出¶
cout是输出流类ostream的对象，输出结果流向标准的输出设备显示器。在C++中，流输出使用插入运算符<<(重载左移位运算符)完成输出，使之能够识别C++中所有的基本类型。插入运算符<<左边的操作数是ostream类的一个对象(如cout)，右边可以是C++的合法表达式。
ostream 类的对象(console output)通常连向显示器，可以重定向到文件或其他设备。cout对象的输出格式是文本格式，输出时自动转换为字符流。
cout流在内存中对应开辟了一个缓冲区
C++用指向字符串存储位置的指针来表示字符串。指针的形式可以是char数组名、显式的char指针或用引号括起的字符串。C++还允许输出项为显式对象的地址。默认情况下，地址以十六进制的形式显示。但对于其他类型的指针，C++可以使用void *来强制转换输出。
其他ostream类方法：
- put(): 无格式，插入一个字节
- write(): 无格式，插入n个字节
- flush(): 刷新输出流
- seekp(): 移动输出流指针
- tellp(): 返回输出流指针位置
ostream& ostream::put(char c):将字符c插入到输出流中，返回一个对*this（调用对象）的引用。
ostream& ostream::write(const char* s, int n):将n个字符插入到输出流中，空字符也是有效的，返回一个对*this（调用对象）的引用。s是一个指向字符数组的指针，表示要插入的字符序列。
ostream& ostream::flush():刷新输出流，强制任何没有完成的操作符插入完成，返回一个对*this（调用对象）的引用。
其他ostream 类方法
=== put() 方法
put()方法用于输出一个字符，返回值为ostream对象的引用
write() 方法
write()方法用于输出指定字节数的字符，返回值为ostream对象的引用
其他ostream 类方法¶
put() 方法¶
ostream & put(char c)
可以使用类方法来调用：
由于该函数返回ostream对象的引用，因此可以进行级联输出成员函数put不仅可以用cout对象调用,也可以用ostream类的对象调用
write() 方法¶
ostream & write(const char * s, streamsize n)
write()方法不会在遇到空字符时自动停止，而会按照指定数量输出字符，即使超出了字符串的长度也不会报错
格式化控制¶
插入和提取运算符与预先定义的操作符一起工作，用来控制输入和输出格式。
- 输出宽度：为了调整输出的宽度，可以使用
setw()函数。该函数定义在iomanip头文件中，返回一个流操纵符对象。它的参数是一个整数，表示输出的宽度。setw()函数的返回值是一个流操纵符对象，可以与插入运算符<<结合使用。 - 对齐方式：输出流默认的对齐方式是右对齐。可以使用
setiosflags()函数设置对齐方式。该函数的参数是一个整数，表示对齐方式。可以使用ios::left、ios::right和ios::internal来设置左对齐、右对齐和内部对齐。可以使用resetiosflags()函数重置对齐方式。 - 精度：使用
setprecision()函数设置输出的精度。该函数的参数是一个整数，表示小数点后保留的位数。可以使用fixed和scientific来设置定点格式和科学计数法格式。 - 进制：可以使用
hex、dec和oct来设置输出的进制格式。可以使用setbase()函数设置进制格式。该函数的参数是一个整数，表示进制格式。可以使用resetiosflags()函数重置进制格式。
格式化标志是类定义的枚举集合，指定输入输出格式化和操作的不同选择：
enum {skipwsleft, right, internal, dec, oct, hex, showbase, showpoint, uppercase, showpos, scientific, fixed, unitbuf, stdio}
引用格式化标志： iso::格式化标志
数据流的格式控制¶
ios控制格式的函数：
- long flags(long lFlags): 用参数lFlags更新标志字，返回标志字
- long flags() const: 返回当前的格式化标志
- long setf(long lFlags): 用参数lFlags设置格式化标志，返回当前的格式化标志
- long unsetf(long lFlags): 将参数IMask指定的标志位清零
- int width(int nw): 设置下一个输出项的宽度为nw
- char fill(char cFill): 设置空白位置以字符参数cFill填充
- int precision(int n): 设置浮点数的精度为n
格式化输出
#include<iostream>
using namespace std;
int main(){
string c = "hworld";
cout.fill('*');
cout.width(10);
cout.setf(ios::left);
cout << c << endl;
cout.width(15);
cout.setf(ios::right,ios::left);
cout << c << endl;
return 0;
}
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
double x = 22.0/7 ;
int i ;
cout << "output in fixed :\n" ;
cout.setf( ios::fixed | ios::showpos ) ; // 定点输出，显示 +
for( i=1; i<=5; i++ )
{ cout.precision( i ) ; cout << x << endl ; }
cout << "output in scientific :\n" ;
// 清除原有设置，科学示数法输出
cout.setf(ios::scientific, ios::fixed|ios::showpos ) ;
for( i=1; i<=5; i++ )
{ cout.precision(i) ; cout << x*1e5 << endl ; }
}
控制符是istream和ostream类定义了一批函数，作为重载插入运算符<<和提取运算符>>的右操作数，控制I/O格式；
iostream类的常用控制符函数有：
- endl: 输出一个新行符，并清空流
- ends: 输出一个空字符，并清空流
- flush: 清空流缓冲区
- dec: 设置十进制输入/输出格式
- oct: 设置八进制输入/输出格式
- hex: 设置十六进制输入/输出格式
- ws: 提取空白字符
不同基数输出
#include<iostream>
using namespace std;
int main(){
int a,b,c;
cout << "please input a decimal";
cin >> dec >> a;
cout << "please input a hexadeimal";
cin >> hex >> b;
cout << "please input a octal";
cin >> oct >> c;
cout << " output in deciaml" << endl;
cout << a << b << c << endl;
cout << " output in hexadeimal" << endl;
cout << hex << a << b << c << endl;
cout << " output in octal" << endl;
cout << oct << a << b << c << endl;
}
iomanip的控制符：
iomanip 控制符
cout.width(n)设置下一个输出项的宽度cout.fill(c)设置空白位置以字符c填充cout.setf(ios::left)设置左对齐setiosflags(ios::right)设置右对齐resetiosflags(ios::right)取消右对齐setprecision(n)设置浮点数的精度为n
格式化输出
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
int a = 21;
cout.setf(ios::showbase); // 显示基数符号(0x或0)
cout << "dec:" << a << endl; // 默认以十进制形式输出a
cout.unsetf(ios::dec); // 终止十进制的格式设置
cout.setf(ios::hex); // 设置以十六进制输出的状态
cout << "hex:" << a << endl; // 以十六进制形式输出a
cout.unsetf(ios::hex); // 终止十六进制的格式设置
cout.setf(ios::oct); // 设置以八进制输出的状态
cout << "oct:" << a << endl; // 以八进制形式输出a
cout.unsetf(ios::oct); // 终止八进制的格式设置
char *pt = "China"; // pt指向字符串"China"
cout.width(10); // 指定域宽为10
cout << pt << endl; // 输出字符串
cout.width(10); // 指定域宽为10
cout.fill('*'); // 指定空白处以'*'填充
cout << pt << endl; // 输出字符串
double pi = 22.0 / 7.0; // 输出pi值
cout.setf(ios::scientific); // 指定用科学记数法输出
cout << "pi="; // 输出"pi="
cout.width(14); // 指定域宽为14
cout << pi << endl; // 输出pi值
cout.unsetf(ios::scientific); // 终止科学记数法状态
cout.setf(ios::fixed); // 指定用定点形式输出
cout.width(12); // 指定域宽为12
cout.setf(ios::showpos); // 正数输出“+”号
cout.setf(ios::internal); // 数符出现在左侧
cout.precision(6); // 保留6位小数
cout << pi << endl; // 输出pi，注意数符“+”的位置
return 0;
}
标准错误输出流¶
cerr：标准错误输出流，默认与标准输出设备（通常为显示器）相连。cerr对象是一个输出流对象，用于输出错误信息。cerr对象的输出格式是文本格式，输出时自动转换为字符流。cerr不能被重定向，不能被缓冲
clog：标准日志输出流，默认与标准输出设备（通常为显示器）相连。clog对象是一个输出流对象，用于输出日志信息。clog对象的输出格式是文本格式，输出时自动转换为字符流。clog与cerr比，可以被缓冲，缓冲区满时输出
所有流都把流的状态存储在状态字中,不同标志位中存储不同的错误状态位; 包含在类ios的enum成员中
流cerr和clog把显示输出到默认错误日志上，该日志通常是控制台显示器。对流cerr的每个插入请求应该立即送出显示
如果出于效率的缘故，则有必要缓冲错误和系统状态消息，这样就应该使用带缓冲的错误流clog。
文件的输入输出¶
C++在进行文件操作时，必须首先建立一个文件流，把这个流与实际的文件相关联，然后就可以按照要求进行读写操作。C++的文件流实际上就是以外存文件为输入输出对象的数据流。输入文件流是指从外存文件流向内存的过程，输出文件流是指从内存流向外存的过程
c++将文件流分为3类：
- ifstream：输入文件流类，继承自istream类
- ofstream：输出文件流类，继承自ostream类
- fstream：输入输出文件流类，继承自iostream类
C++的文件I/O模式分为两种，一种为格式化文字模式，另一种为二进制模式，默认的文件I/O模式为文字模式
格式化文字模式适合储存字符或字符串， 在储存数字时使用二进制模式是比较合适的。
文件的最小单位为字符，由字符组成一个字段，好几个字段组成一个记录，而一个文件则由好几笔记录组成
将数据输入输出到文件中，除了可以使用write()和read()函数外，还可以使用<<和>>运算符。
文件的打开和关闭¶
文件的打开¶
文件在进行读写操作前，应先打开，其目的是为文件流对象和特定的外存文件建立关联，并指定文件的操作方式
- 使用
open()函数打开文件:file.open("filename", mode);
- 每个被打开的文件都有一个文件指针，该指针的初始位置由打开方式指定。文件每次读写都从文件指针的当前位置开始。当读出或写入一个字符，指针自动后移一个字节。当文件指针指向文件尾时，将遇到文件结束符EOF（文件结束符占一个字节，其值为-1）。此时，流对象的成员函数eof()的值为非0值（一般为1），表示文件结束
- 文件指针由两种，一个是写入指针，一个是读取指针。当文件被打开时，这两个指针都被设定指向文件的起始处
- 在
ios类，定义了三个特定的文件指针。通过指定函数与特定指针的配合使用是，可供在文件的不同位置进行读写操作ios::beg：文件开头ios::cur：当前文件指针位置ios::end：文件末尾
- 用
ios::in方式打开文件只能读文件，不能写文件。如果文件不存在，则打开失败。如果使用ifstream类打开文件，将隐含为输入流，默认为"ios:in",则不必显式地声明打开方式 - 用
ios::out方式打开文件,表示计算机向该文件输出数据。如果用类ofstream产生的流，将隐含为输出流，默认ios::out|ios::trunc,可以不必显式地声明打开方式。以这种方式打开文件进行输出时，如果没有这样的文件，将创建一个新文件；如果有这样的文件，则打开文件并清空文件，输出将进入一个空文件中。 fstream类不提供默认的模式值，所以用fstream类打开文件时，必须显式地声明打开方式- 如果希望不删除文件原来的数据，向文件末尾，添加新数据，则可以用
ios::app方式打开文件(文件必须存在，而且只能用于输出) ios::ate：打开一个已存在的文件，文件指针自动位于原有文件的尾部- 在默认情况下，打开的文件均以文本方式打开文件。在用文本文件向计算机输入时，把回车和换行两个字符转换为一个换行符，而在输出时把换行符转换为回车和换行两个字符。若需要以二进制方式打开文件，则需要将打开方式设置为
ios::binary。用二进制方式时，在内存中的数据形式与输出到外部文件中的数据形式完全一致。 - 打开方式可以用位运算符
|连接起来，例如ios::in | ios::out | ios::app，表示以读写方式打开文件，并在文件末尾添加新数据
- 每个被打开的文件都有一个文件指针，该指针的初始位置由打开方式指定。文件每次读写都从文件指针的当前位置开始。当读出或写入一个字符，指针自动后移一个字节。当文件指针指向文件尾时，将遇到文件结束符EOF（文件结束符占一个字节，其值为-1）。此时，流对象的成员函数eof()的值为非0值（一般为1），表示文件结束
- 使用构造函数打开文件，与
open()函数类似ifstream file("filename", ios::in); ofstream file("filename", ios::out); fstream file("filename", ios::in | ios::out);ifstream类的构造函数隐含为输入流，默认ios::inofstream类的构造函数隐含为输出流，默认ios::out|ios::trunc- 只有在成功打开文件之后，才能对文件进行读写操作，如果由于某些原因打不开文件，则流变量的值为0。为了确保成功打开文件：
文件的关闭¶
当对一个文件的读写操作完成后，为了保证数据安全，切断文件与流的联系，应及时关闭文件。
关闭这样的连接并不会删除流，而只是断开流与文件的连接。而流对象还仍然存在，并可以重新连接到同一个文件或另一个文件。文本文件的读写操作¶
- 用流输入运算符
>>和输出运算符<<输入输出标准类型的数据，在对文件的操作中，可以通过对文件流对象使用>>和<<运算符来实现对文件的读写操作 - 由于
ifstream、ofstream和fstream类继承了istream、ostream和iostream类的put、get和getline成员函数，因此可以使用put、get和getline成员函数进行字符的输入输出。
二进制文件的读写操作¶
二进制文件不同文本文件以ASCII码的形式存储数据，二进制文件以二进制的形式存储数据。对于字符来说，二进制表示与文本表示是一样的，即字符的ASCII码的二进制表示。但对于数字来说，由于不需要转换，用二进制格式保存数字速度更快，占用空间更小，并可以大块地存储数据
对二进制文件的读写，主要用istream类的read()方法和ostream类的write()方法。
使用文件指针成员函数实现随机存取¶
随机存取指在访问文件中的元素时，不必考虑各个元素的排列次序或位置，根据需要直接访问文件中任一个元素。为了进行随机存取，必须先确定文件指针的位置。
文件流提供了常用的文件指针成员函数：
参数中的位置和位移量均为长整型，以字节为单位。参照位置可以是：
- ios::beg：文件开头
- ios::cur：当前文件指针位置
- ios::end：文件末尾
随机存取文件
#include <fstream>
using namespace std;
int main( )
{
int a[10];
ofstream outfile(″f1.dat″,ios::out);//定义文件流对象，打开磁盘文件″f1.dat″
if(!outfile) //如果打开失败，outfile返回0值
{cerr<<″open error!″<<endl;
exit(1);
}
cout<<"enter 10 integer numbers:"<<endl;
for(int i=0;i<10;i++)
{cin>>a[i];
outfile<<a[i]<<″ ″;} //向磁盘文件″f1.dat″输出数据
outfile.close(); //关闭磁盘文件″f1.dat″
return 0;
}
#include <iostream>
#include <fstream>
using namespace std;
void main() {
char ch;
ifstream tfile("payroll",ios::binary|ios::nocreate);
if(tfile)
{ tfile.seekg(8);
while(tfile.good())
{ tfile.get(ch);
if (!ch) break; cout<<ch; }
}
else
{ cout<<"ERROR: Cannot open file 'payroll'."<<endl; }
tfile.close();
}