一、概览

C++ 中用于实现数据输入和输出的这些流类以及它们之间的关系：

• istream：常用于接收从键盘输入的数据；
• ostream：常用于将数据输出到屏幕上；
• ifstream：用于读取文件中的数据；
• ofstream：用于向文件中写入数据；
• iostream：继承自 istream 和 ostream 类，因为该类的功能兼两者于一身，既能用于输入，也能用于输出；
• fstream：兼 ifstream 和 ofstream 类功能于一身，既能读取文件中的数据，又能向文件中写入数据。

cin、cout 都声明在 iostream 头文件中，此外该头文件还有 cerr、clog 两个 ostream 类对象。

• cout 除了可以通过重定向将数据输出到屏幕上，还可以实现将数据输出到指定文件中；而 cerr 和 clog 都不支持重定向，它们只能将数据输出到屏幕上；
• cout 和 clog 都设有缓冲区，即它们在输出数据时，会先将要数据放到缓冲区，等缓冲区满或者手动换行（使用换行符 'n' 或者 endl）时，才会将数据全部显示到屏幕上；而 cerr 则不设缓冲区，它会直接将数据输出到屏幕上。

cin 输入流对象常用成员方法

cout 输出流对象常用成员方法

二、cout.put()：输出单个字符

put() 方法专用于向输出流缓冲区中添加单个字符，其语法格式如下：

ostream＆put(char c);

• 参数 c 为要输出的字符。

除了使用 cout.put() 函数输出一个字符外，还可以用 putchar() 函数输出一个字符。putchar() 函数是C 语 言中使用的，在 <stdio.h> 头文件中定义，C++保留了这个函数，在 头文件中定义。

三、cout.write()：输出字符串

write() 成员方法专用于向输出流缓冲区中添加指定的字符串，其语法格式如下：

ostream＆write（const char * s，streamsize n）;

• 其中，s 用于指定某个长度至少为 n 的字符数组或字符串；n 表示要输出的前 n 个字符。

四、cout.tellp()和 cout.seekp()方法

当数据暂存于输出流缓冲区中时，我们仍可以对其进行修改。ostream 类中提供 有 tellp() 和 seekp() 成员方法，借助它们就可以修改位于输出流缓冲区中的数据。

tellp()

tellp() 成员方法用于获取当前输出流缓冲区中最后一个字符所在的位置，其语法格式如下：

streampos tellp();

• streampos 是 fpos 类型的别名， 而 fpos 通过自动类型转换，可以直接赋值给一个整形变量。

当输出流缓冲区中没有任何数据时，该函数返回的整形值为 0；当指定的输出流缓冲区不支持此操作， 或者操作失败时，该函数返回的整形值为 -1。

int main() {
    //定义一个文件输出流对象 
    std::ofstream outfile;
    //打开 test.txt，等待接收数据 
    outfile.open("test.txt");
    const char * str = "ASDFASDFASDF";

    //将 str 字符串中的字符逐个输出到 test.txt 文件中，每个字符都会暂时存在输出流缓冲区中 
    for (int i = 0; i < strlen(str); i++) { 
        outfile.put(str[i]); 
        //获取当前输出流
        long pos = outfile.tellp();
        std::cout << pos << std::endl;
    }
    //关闭文件之前，刷新 outfile 输出流缓冲区，使所有字符由缓冲区流入 test.txt 文件 
    outfile.close();
    return 0;
}

seekp()

seekp() 方法用于指定下一个进入输出缓冲区的字符所在的位置。

seekp() 方法有如下 2 种语法格式：

//指定下一个字符存储的位置 
ostream& seekp (streampos pos); 
//通过偏移量间接指定下一个字符的存储位置
ostream& seekp (streamoff off, ios_base::seekdir way);

• pos：用于接收一个正整数；
• off：用于指定相对于 way 位置的偏移量，其本质也是接收一个整数，可以是正数（代表正偏移）或者负数（代表负偏移）；
• way：用于指定偏移位置，即从哪里计算偏移量，它可以接收表 1 所示的 3 个值。

文件定位标志

五、cout 格式化输出

C++ 通常使用 cout 输出数据，和 printf() 函数相比，cout 实现格式化输出数据的方式更加多样化。- cout 作为 ostream 类的对象，该类中提供有一些成员方法，可实现对输出数据的格式化；

• C++ 标准库专门提供了一个 头文件，该头文件中包含有大量的格式控制符（严格意义上称为“流操纵算子”），使用更加方便。

表1 ostream 类的成员方法

其中，对于表 1 中 flags() 函数的 fmtfl 参数、setf() 函数中的 fmtfl 参数和 mask 参数以及 unsetf() 函数 mask 参数，可以选择表 2 中列出的这些值。

表2 fmtfl 和 mask 参数可选值

double a = 1.23; 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 

//设定后续输出的浮点数的精度为 4 
cout.precision(4);
cout <<"precision: "<< a << endl; 

//设定后续以科学计数法的方式输出浮点数 
cout.setf(ios::scientific);
cout <<"scientific："<< a << endl;

当 cout 采用此方式进行格式化输出时，其后不能立即输出数据，需要再用一个 cout 输出数据。

当调用 unsetf() 或者 2 个参数的 setf() 函数时，为了提高编写代码的效率，可以给 mask 参数传递如下 3 个组合格式：

• ios::adjustfield：等价于 ios::left | ios::right | ios::internal；
• ios::basefield：等价于 ios::dec | ios::oct | ios::hex；
• ios::floatfield：等价于 ios::scientific | ios::fixed。

double f = 123; 
//设定后续以科学计数法表示浮点数 
cout.setf(ios::scientific); 
cout << f << 'n';

//删除之前有关浮点表示的设定 
cout.unsetf(ios::floatfield);
cout << f;

使用流操纵算子格式化输出

C++流操纵算子

注意：“流操纵算子”一栏带有星号 * 的格式控制符，默认情况下就会使用。例如在默认情况下，整数是用十 进制形式输出的，等效于使用了 dec 格式控制符。

//以十六进制输出整数 
cout << hex << 16 << endl;
//删除之前设定的进制格式，以默认的 10 进制输出整数 
cout << resetiosflags(ios::basefield)<< 16 << endl;

double a = 123;
//以科学计数法的方式输出浮点数 
cout << scientific << a << endl;
//删除之前设定的科学计数法的方法
cout << resetiosflags(ios::scientific) << a << endl;

六、输入输出重定向

cout 和 cerr、clog 的一个区别是，cout 允许被重定向，而 cerr 和 clog 都不支持。值得一提的是，cin 也允许被重定向。

freopen()函数实现重定向

freopen() 定义在stdio.h头文件中，是 C 语言标准库中的函数，专门用于重定向输入流（包括 scanf()、 gets() 等）和输出流（包括 printf()、puts() 等）。该函数也可以对 C++ 中的 cin 和 cout 进行重定向。

string name, url; 
// 将标准输入流重定向到 in.txt 文件 
freopen("in.txt", "r", stdin); 
cin >> name >> url;

// 将标准输出重定向到 out.txt 文件 
freopen("out.txt", "w", stdout);
cout << name << "n" << url;

rdbuf()函数实现重定向

rdbuf() 函数定义在头文件中，专门用于实现 C++ 输入输出流的重定向。

ios 作为 istream 和 ostream 类的基类，rdbuf() 函数也被继承，因此 cin 和 cout 可以直接调 用该函数实现重定向。

rdbuf() 函数的语法格式有 2 种，分别为：

• streambuf * rdbuf() const; // 返回一个指向当前流缓冲区的指针
• streambuf * rdbuf(streambuf * sb); // 将 sb 指向的缓冲区设置为当前流的新缓冲区，并返回一个指向旧缓冲区的对象。

streambuf 是 C++ 标准库中用于表示缓冲区的类，该类的指针对象用于代指某个具体的流缓冲区。

通过控制台实现重定向

在控制台中使用 > 或者 < 实现重定向

D:test> D:demo.ext < in.txt > out.txt

七、管理输出缓冲区

导致缓冲刷新（数据写到输出设备或文件）的原因有很多：

• 程序正常结束，作为 main() 函数的 return 操作的一部分，缓冲刷新被执行。
• 缓冲区满时，需要刷新缓冲，而后新的数据才能继续写入缓冲区。
• 使用操纵符如 endl 来显式刷新缓冲区。
• 每个输出操作之后，可以用操作符 unitbuf 设置流的内部状态，来清空缓冲区。默认情况下，对 cerr 是设置 unitbuf 的，因此写到 cerr 的内容都是立即刷新的。
• 一个输出流可能被关联到另一个流。在这种情况下，当读写被关联的流时，关联到的流的缓冲区会被刷新。例如，默认情况下，cin 和 cerr 都关联到 cout。因此，读 cin 或写 cerr 都会导致 cout 的缓冲区被刷新。

刷新输出缓冲区

• flush 和 ends。flush 刷新缓冲区，但不输出任何额外的字符；
• ends 向缓冲区插入一个空字符，然后刷新缓冲区。

cout << "hi!" << endl;      //输出 hi 和一个换行，然后刷新缓冲区
cout << "hi!" << flush;     //输出 hi，然后刷新缓冲区，不附加任何额外字符
cout << "hi!" << ends;      //输出 hi 和一个空字符，然后刷新缓冲区

unitbuf 操作符

可以使用 unitbuf 操作符，它告诉流在接下来的每次写操作之后都进行一次 flush 操作。而 nounitbuf 操作符则重置流， 使其恢复使用正常的系统管理的缓冲区刷新机制：

cout << unitbuf;    // 所有输出操作后都会立即刷新缓冲区

cout << nounitbuf; //回到正常的缓冲方式

如何程序崩溃，输出缓冲区不会被刷新。

关联输入和输出流

当一个输入流被关联到一个输出流时，任何试图从输入流读取数据的操作都会先刷新关联的输出流。标准库将 cout 和 cin 关联在一起，因此下面语句：

cin >> ival;

导致 cout 的缓冲区被刷新。

tie() 函数可以用来绑定输出流，它有两个重载的版本：

ostream* tie ( ) const; //返回指向绑定的输出流的指针。
ostream* tie ( ostream* os ); //将 os 指向的输出流绑定的该对象上，并返回上一个绑定的输出流指针。

cin.tie(&cout);     //仅仅是用来展示，标准库已经将 cin 和 cout 关联在一起 

//old_tie 指向当前关联到 cin 的流（如果有的话） 
ostream *old_tie = cin.tie(nullptr);    // cin 不再与其他流关联

//将 cin 与 cerr 关联，这不是一个好主意，因为 cin 应该关联到 cout
cin.tie(&cerr);         //读取 cin 会刷新 cerr 而不是 cout
cin.tie(old_tie);       //重建 cin 和 cout 间的正常关联

每个流同时最多关联到一个流， 但多个流可以同时关联到同一个 ostream。

八、cin.get()：C++读取单个字符

get() 是 istream 类的成员函数，它有多种重载形式。

最简单最常用的一种：

int get();

此函数从输入流中读入一个字符，返回值就是该字符的 ASCII 码。如果碰到输入的末尾，则返回值为 EOF(-1)。

get() 函数不会跳过空格、制表符、回车等特殊字符，所有的字符都能被读入。

九、cin.getline()：C++读入一行字符串（整行数据）

getline() 是 istream 类的成员函数，它有如下两个重载版本：

istream & getline(char* buf, int bufSize); 从输入流中读取 bufSize-1 个字符到缓冲区 buf，或遇到n 为止
istream & getline(char* buf, int bufSize, char delim); 读到 delim 字符为止。

十、忽略指定字符

ignore() 是 istream 类的成员函数，它的原型是：

istream & ignore(int n =1, int delim = EOF);

此函数的作用是跳过输入流中的 n 个字符，或跳过 delim 及其之前的所有字符，哪个条件先满足就按哪个执行。 两个参数都有默认值，因此 cin.ignore() 就等效于 cin.ignore(1, EOF)， 即跳过一个字符。

十一、查看输入流中的下一个字符

peek() 是 istream 类的成员函数，它的原型是：

int peek();

此函数返回输入流中的下一个字符，但是并不将该字符从输入流中取走， 因此叫 peek。

cin.peek() 不会跳过输入流中的空格、回车符。在输入流已经结束的情况下，cin.peek() 返回 EOF。

十二、cin 如何判断输入结束

在控制台中输入特殊的控制字符就表示输入结束了：

• 在 Windows 系统中，通过键盘输入时，按 Ctrl+Z 组合键后再按回车键，就代表输入结束。
• 在 UNIX/Linux/Mac OS 系统中，Ctrl+D 代表输入结束。

不管是文件末尾，还是 Ctrl+Z 或者 Ctrl+D，它们都是结束标志；cin 在正常读取时返回 true，遇到结束标志 时返回 false，我们可以根据 cin 的返回值来判断是否读取结束。

十三、处理输入输出错误

发生输入输出错误的可能情况是无限的！但 C++ 将所有可能的情况归结为四类，称为流状态（stream state）。 每种流状态都用一个 iostate 类型的标志位来表示。

流状态对应的标志位

ios_base 类定义了以上四个标志位以及 iostate 类型，但是 ios 类又派生自 ios_base 类，所以可以使用 ios::failbit 代替 ios_base::failbit 以节省输入。

一旦流发生错误，对应的标志位就会被设置，我们可以通过下表列出的函数检测流状态。

不幸的是，fail() 和 bad() 之间的区别并未被准确定义

• 如果输入操作遇到一个简单的格式错误，则使流进入 fail() 状态，也就是假定我们（输入操作的用户）可以从错 误中恢复。
• 如果错误真的非常严重，例如发生了磁盘故障，输入操作会使得流进入 bad() 状态。也就是假定面对这种情况所能做的很有限，只能退出输入。