第8章 IO库

IO类

IO库类型和头文件

头文件：类

iostream（控制台的IO）：istream ostream iostream

fstream（命名文件的IO）：ifstream ofstream fstream

sstream（内存string对象的IO）：istringstream ostringstream stringstream

PS：

ifstream、istringstream继承自istream；

ofstream、ostringstream继承自ostream；

通常可以将一个派生类对象当作其基类对象来使用，例如可以对ifstream对象使用IO运算符（>>和<<）或getline等。

 

IO对象无拷贝和赋值

由于不能拷贝IO对象，因此不能将形参或返回类型设置为流类型；

进行IO操作的函数通常以引用的方式传递和返回流；

读写一个IO对象会改变其状态，因此传递和返回的引用不能是const的。

 

条件状态

IO类定义了一些函数和标志，以访问和操纵流的条件状态（condition state）。

以下strm表示某种IO类型（istream等），s是某个流对象

strm::iostate   iostate是一种机器相关的类型，提供了表达条件状态的完整功能

strm::badbit   用来指出流已崩溃

strm::failbit   用来指出一个IO操作失败了

strm::eofbit   用来指出流达到了文件结束

strm::goodbit   用来指出流未处于错误状态（此值保证为0）

s.eof()   若流s的eofbit置位，则返回true

s.bad()   若流s的badbit置位，则返回true

s.good()   若流s处于有效状态，则返回true

s.clear()   将流s中所有条件状态位复位，将流的状态设置为有效（goodbit也复位了）；返回void

s.clear(flags)   根据给定的flags标志位，将流s中对应条件状态位复位；flags的类型为strm::iostate；返回void

s.setstate(flags)   根据给定的flags标志位，将流s中对应条件状态位置位；flags的类型为strm::iostate；返回void

s.rdstate()   返回流s的当前条件状态，返回值类型为strm::iostate

 

流的条件状态位

badbit表示系统级错误，如不可恢复的读写错误。一旦badbit被置位流就无法再使用了；

当badbit被置位时，或者在发生可恢复错误后，failbit会被置位，如期望读取数值却读到一个字符等错误。这种错误可以修正，流还可以继续使用；

如果达到文件结束位置，eofbit和failbit都被置位；

当流未发生错误，goodbit保持为0；

如果badbit、failbit、eofbit任一被置位，则检测流状态的条件会失败；

　　例如 while(cin>>val) 在读到文件结束时终止循环。

 

流的条件状态查询函数

所有错误位均未置位时，good返回true（注意：此时goodbit为0而不是1）；

bad、fail、eof在特定的对应错误位被置位时返回true（注意：badbit或eofbit被置位时，failbit也会被置位，所以fail也会返回true）；

可见：good或fail是确定流的总体状态的方法。

　　例如

　　实际上 while(cin>>val)

　　就等价于 while(cin>>val && cin.good())

　　或 while(cin>>val && !cin.fail())

 

管理输出缓冲

每个输出流都管理一个缓冲区；

由于设备的写操作可能很耗时，允许操作系统将多个输出操作暂存在缓冲区，然后组合为单一的设备写操作，可以带来很大的性能提升。

 

缓冲区刷新即：数据真正写到输出设备或文件

导致缓冲区刷新的原因：

　　程序正常结束；（实际上，缓冲刷新是main函数return操作的一部分；程序异常终止时输出缓冲区不会被刷新）

　　缓冲区满；

　　使用操纵符endl显式刷新缓冲区；

　　写到cerr；（在每个输出操作之后，可以用操纵符unitbuf设置流的内部状态，来清空缓冲区；而默认情况下，对流对象cerr是设置unitbuf的，因此写到cerr的内容都是立即刷新的）

　　一个输出流被关联到了另一个流的情况；（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

以下操纵符需出现在某个输出操作之后。（cout、cerr等）

endl：换行并刷新缓冲区

flush：仅刷新缓冲区

ends：向缓冲区插入一个空格符，再刷新缓冲区

 

unitbuf操纵符

如果想在每次输出操作后系统都自动刷新缓冲区，可以使用unitbuf操纵符；

unitbuf告诉流在接下来的每次写操作之后都自动进行一次flush操作。

　　cout << unitbuf;

　　cout << nounitbuf; //回到正常的缓冲方式

 

关联输入和输出流

当一个输入流被关联到一个输出流时，使用该输入流的操作时会先刷新关联的输出流。

标准库将cin与cout关联在一起。

 

tie函数

tie函数有两个重载的版本：

一个版本不带参数，返回指向输出流的指针。如果本对象当前关联到一个输出流，则返回指向该输出流的指针；如果本对象未关联到流，则返回空指针。

另一个版本接受一个指向ostream的指针，将自己关联到此ostream。

例如：

　　ostream* old_tie = cin.tie(); //old_tie指向当前关联到cin的流（系统默认是cout）

　　cin.tie(&cerr); //将cin与cerr关联

　　cin.tie(nullptr); //解除cin与任何流的关联

　　cin.tie(old_tie); //重建cin与cout的关联

PS：

可以将一个istream关联到一个ostream，也可以将一个ostream关联到另一个ostream；

每个流最多关联到一个流，多个流可以同时关联到同一个ostream。

 

文件输入输出

头文件fstream定义了三个类型来支持文件IO：

　　ifstream：读文件

　　ofstream：写文件

　　fstream：读写文件（将在第17章讨论）

 

除了继承自iostream类型的>>、<<、getline等行为之外，fstream中定义的类型有其特有的管理与流关联的文件的成员。

fstream特有的操作：

fstream fs   创建一个未绑定的文件流；fstream是头文件fstream中定义的一种类型

fstream fs(s)   创建一个fstream，并打开（此时open会自动被调用）名为s的文件；s可以是string类型或者指向C风格字符串的指针（C++11之前只允许C风格的字符数组）；这些构造函数数都是explicit（第7章）的；默认的文件模式mode依赖于fstream的类型

fstream fs(s, mode)   与前一个构造函数类似，但按指定mode打开文件

fs.open(s)   打开名为s的文件，并将文件与fs绑定；默认的文件mode依赖于fstream的类型；返回void

fs.close()   关闭与fs绑定的文件；返回void

fs.is_open()   返回bool值；指出与fs关联的文件是否成功打开尚且未关闭

 

用fstream代替iostream&

在要求使用基类对象的地方，我们可以用继承类型的对象来替代；

这意味着，接受一个iostream类型引用（或指针）参数的函数，可以用一个对应的fstream（或sstream）类型来调用；

例如，如果有一个函数接受一个ostream&参数，调用这个函数时，可以传给它一个ofstream对象；（isstream&和ifstream也类似）

 

成员函数open和close

如果调用open失败，failbit会被置位；

fs.open(s);

if(fs) //如果open失败，则条件为假

 

对一个已经打开的文件流调用open会失败，并导致failbit被置位，随后的文件流操作也都会失败；为了将文件流关联到另一个文件，必须首先关闭已关联的文件。

fs.close();

 

若open成功，则open会设置流的状态，使得good()为true。

 

当一个fstream对象被销毁时，close会自动被调用。

 

文件模式（file mode）

in   读

out   写

app   每次写操作前均定位到文件尾

ate   打开文件后立即定位到文件尾

trunc   截断文件

binary   以二进制方式进行IO

 

文件模式规则：

（1）只可对ofstream或fstream对象设定out模式；

（2）只可对ifstream或fstream对象设定in模式；

（3）只有当out被设定时才可设定trunc模式；

（4）只要trunc未被设定，就可以设定app模式；在app模式下，即使没有显式设定out，文件也总是以输出方式被打开；

（5）默认情况下，即使未设定trunc，以out模式打开的文件也会被截断；为了保留以out模式打开的文件内容，必须同时指定app模式，这样就会将数据追加到文件尾；或者同时指定in模式，同时进行读写操作（第17章）；

（6）ate和binary模式可用于任何类型的文件流对象，且可与其它任何文件模式组合使用；

 

当未显式指定文件模式时，各文件流类型的默认模式：

ifstream：in

ofstream：out

fstream：in和out

 

一些例子：

ofstream out(s1); //默认为out模式，文件被截断

ofstream out2(s1, ofstream::out); //显式指定out，会隐式地截断文件（参考“文件模式规则”：第5条）

ofstream out3(s1, ofstream::out | ofstream::trunc); //显式截断文件（只有out也被设定，trunc才能被设定；参考“文件模式规则”：第3条）

ofstream app(s2，ofstream::app); //隐式地设定了out

ofstream app2(s2，ofstream::out | ofstream::app); //与上一条等价

PS：以上是在初始化流并隐式打开文件时指定文件模式，此外在使用open打开文件时也同样可以指定文件模式。

 

string流

sstream头文件定义了三个类型来支持内存IO：

istringstream：从string读取数据

ostringstream：向string写入数据

stringstream：可从string读取数据，或向string写入数据

 

除了继承自iostream头文件的>>、<<、getline等操作，sstream头文件定义的类有其特有操作：

sstream st   st是一个未绑定的stringstream对象；sstream是头文件sstream中定义的某个类型

sstream st(s)   st是一个sstream对象，保存string s的一个拷贝；此构造函数时explicit（第7章）的

st.str()   返回st所保存的string的拷贝

st.str(s)   将string s拷贝到st中；返回void

 

使用istringstream

例子：

string line, word;
while(getline(cin, line)) //读取一行
{
    istringstream iss(line); //将string流iss绑定到读入的一行line（流对象iss中存有line的一个拷贝）
    while(iss>>word) //使用输入运算符从iss流中依次读取各个字符串
        cout<<word<<endl;
}

 

问题：若将istringstream对象定义在循坏之外程序还能完成之前的功能吗？

string line, word;
istringstream iss;
while(getline(cin, line))
{
    iss.str(line); //调用str函数将流iss绑定到line（流对象iss中存有line的一个拷贝）
    while(iss>>word)
        cout<<word<<endl;
    //iss.clear();
}

不能。程序只会成功读取并处理文件中的第一行就终止了。

原因：当string流中的数据全部读出后，同样会触发“文件结束”信号，此时流iss不在有效了。

改正：可在某次使用完流之后调用clear函数使所有条件状态位复位，使其重新恢复有效状态。

 

使用ostringstream

例子：

ostringstream oss;
string word;
while(cin>>word)
    oss << word << " ";
cout<< oss.str() <<endl;

以上程序完成的事情是：依次读取所有输入的单词，并将单词“写入”到oss流对象，最后使用str函数将oss流对象包含的string以一行打印出来。（PS：最后也有一个空格）

 

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