C++进阶：IO流

1. C++中的IO流

  IO（Input and Output）输入输出，其含义为内存与各种设备的数据交互，既可以是屏幕显示（windows OS下默认为为控制台、Linux OS下默认为终端）也可以是键盘、磁盘等等。所有设备都是以虚拟文件的形式模拟出来从而被操作系统控制。
  C语言中提供了各种库函数来实现数据的各种输入与输出，诸如，向控制台输出printf，向指定文件中输出fprintf，将数据输出到指定字符串缓冲区sprintf。而C++中类比C语言，采用了面向对象的方式重新实现了一套用于数据IO的体系。C++的IO操作中相较于C语言来说，最关键的是对自定义类型的流插入、提取的重载兼容。

  C++中创建了相应的自定义类型与对象来进行对应IO操作，如<iostream>头文件中的cin（标准输入）、cout（标准输出）、cerr（标准错误）与clog（负责标准错误中日志信息或重要错误信息）。cout、cerr、clog三者对应的设备其实都是显示器终端，这三者的信息是分开存放的，以便后续有需要向文件/数据库中写入。
  C++中负责IO的对象，其基础的使用方法为流提取（operator>>）/流插入(operator<<)。最基础的负责普通IO的类实现了这两种操作，后续继承自此的类都对这两种操作进行了实现重载。

#include <fstream>// ifstream ofstream
#include <sstream>// istringstream ostringstream//C++中的IO
int main()
{//普通IO，标准输入、标准输出cout << "标准输出" << endl;	//流插入：标准输出string buff;cin >> buff;				//流提取：标准输入//文件IOofstream ofs("test.cpp", ios_base::out | ios_base::app);//向文件中插入ofs << "//";ifstream ifs("test.cpp");								//从文件中提取char ch;ifs >> ch;cout << ch << endl;//字符串缓冲区IOistringstream iss("125 320 512 750 333");int val = 0;for (int i = 0; i < 5; i++){iss >> val;//流提取时，数据会由字符会转换为相应类型cout << val * 2 << endl;}ostringstream foo;                           //outostringstream bar(std::ostringstream::ate);  //out | ate foo.str("Test string");bar.str("Test string");foo << 101;//流插入时，数据会由其他类型转换为字符类型bar << 101;cout << foo.str() << endl;//101t stringcout << bar.str() << endl;//Test string101return 0;
}

2. C++处理IO型OJ题目的方式

  当解答需要多组输入类型的OJ题目时，C语言中是通过while(scanf(...) != EOF);方式来实现的，当scanf获取到数据是其返回值为获取到数据的个数，当数据全部被获取完后scanf会返回EOF信号从而结束循环。而C++中则是通过cin流提取的方式来获取数据，那么，C++应该如何使用流提取的方式来进行多组输入呢？具体方式如下：

int main()
{string str;while (cin >> str){//...}return 0;
}

  当需要结束循环输入时，通过Ctrl + Z加换行（发出EOF信号）的组合键操作就可以结束循环。此处Ctrl + C组合键虽然同样也能够达到同样结束循环的效果，但不建议使用Ctrl + C组合键的含义为发出指定信号杀死进程。
  cin >> str的操作实际上为对函数operator>>(cin, str)的调用，operator>>函数的返回值为istream& cin自己，此类型并无法用于while循环条件的判断，只有bool类型才能进行逻辑的判断。此处的语法支持涉及到了前一章节中，自定义类型的强制类型转换。C++库中对istream类型进行了operator bool()函数的重载，使得其支持bool类型的强制类型转换，从而能够满足while循环判断的条件。

class istream
{
public:operator bool(){//...}
}

3. C++中IO类型的tie接口

1. tie接口的使用：

int main() 
{cin.tie(&cout);string str;cin >> str;*cin.tie() << str << endl;// 结束绑定cin.tie(nullptr);return 0;
}

  ostream* tie (ostream* tiestr);将一个IO类型对象绑定给另一个IO类型对象。IO类型的对象都拥有此接口，使用时可以通过*IO类型对象.tie()方式获取与之绑定的IO对象，达到一种文件重定向的效果。将打开的文件绑定到cout中去，cout可以直接从文件中读取。

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2. C语言缓冲区与C++缓冲区的同步：
  C语言与C++进行IO操作采用的是两种不同的体系，所以，两者使用的缓冲区也并不是同一个。 由此可知，若是C语言与C++的IO操作混用的情况下，可能会出现数据交错混乱的情况。但C++默认兼容C语言，所以在从缓冲区获取数据时，会将两者的缓冲区进行同步操作。此点虽然防止了C++与C语言缓冲区获取数据交错混乱的情况，但同样也拖慢了C++的IO操作速度。
  C++中IO类型对象有一个接口sync_with_stdio，其可以控制开关C++与C语言缓存区的同步操作。

int main()
{// C++和C不要混着用cout.sync_with_stdio(false);//关闭同步操作cout.sync_with_stdio(true);//打开同步操作return 0;
}

4. C++中的文件读写

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文件的后缀标识着，文件中数据的存储方式

• 文件的二进制读写：（window下，文件后缀.bin）
    二进制的读写方式，是将文件纯粹地视为数据流以一个字节为单位进行读写。 内存中存储的数据是什么样子，就以什么样的方式读写。使用时，打开文件添加ios_basic::binary标志位。默认浏览文件时，是以文本文件的编码方式打开，因而，去浏览二进制文件时会是一片乱码。
  

//以二进制、写模式，打开文件
ofstream ofs(_filename, ios_base::out | ios_base::binary);//以二进制方式写入，一个字节一个字节的写
int w_num = 0;
ofs.write((char*)&w_num, sizeof(w_num));//以二进制、读模式，打开文件
ifstream ifs(_filename, ios_base::in | ios_base::binary);//以二进制方式读取，一个字节一个字节的读
int r_num = 0;
ifs.read((char*)&r_num, sizeof(r_num));

• 文件的文本读写：（windows下，文件后缀.text）
    文本的读写方式，是将所有数据都已文本的形式存储或读取，读写文件的方式默认是采用文本读写的方式。 因此，使用文本方式存储与读取的文件信息是可辨认的。这里需要注意的是，文本的读写方式会忽略空格与换行符，将之视作是多个值之间的分割。

//以文本、写方式打开文件
ofstream ofs(_filename);//以文本方式写入
int w_num = 0;
ofs << w_num << endl;//以文本、读方式打开文件
ifstream ifs(_filename);//以文本方式读取
int r_num = 0;
ifs >> r_num;

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  文件的文本读取中，有三个状态标志用来记录文件操作是否成功。bad()是否发生不可恢复错误（文件损坏），fail()是否发生可恢复错误（文件无法打开），eof()是否到达文件末尾。

5. 自定义类型的流插入与流提取

• 自定义类型的文本读写：
    当采用文本读写的方式对文件进行存储或写入时，自定义类型的读写是一个仍待解决的问题。C++中流的插入提取操作本质上，是通过库中定义的默认operator<<、operator>>操作来进行支持的。因此，实际上我们也可以通过自己实现重载自定义类型的operator<<、operator>>函数，来使得自定义类型可以支持文本方式的读写。

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){}//支持多组输入operator bool(){// 假设输入_year为0时结束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;
}

• 自定义类型的二进制读写：
    自定义类型不支持以二进制的方式进行读写，自定义类型内部往往会有进行深拷贝的资源。对于二进制读写来说没有类型、对象等语法概念，其是以字节为单位直接读写底层数据的。因此，其对于深拷贝资源的读写只能局限于对指针的读写。