C++Primer笔记-第八章：IO库

前言

该系列是《C++Primer第五版》的笔记，包含本人认为值得记录和整理的主要的知识点，并不是全部内容，也不是具体的内容。
该系列文章的作用应该是作为复习或预习的参考，有哪些知识点忘记或想学，可以大致浏览下该文章，然后再去书中寻找详细解答。（本系列文章基本是按书本顺序罗列的知识点，便于大家去书中寻找）
所以看该文章前，需要有一定的C++基础，否则阅读起来可能有困难。

本文大致整理了第八章的知识点，涉及到C++关于IO库的知识，内容不多，也不算很重要。

链接目录

• 第二章：变量与基本类型
• 第三章：字符串、向量和数组
• 第四章：表达式
• 第五章：语句
• 第六章：函数
• 第七章：类
• 第八章：IO库
• 第九章：顺序容器
• 第十章：泛型算法
• 第十一章：关联容器
• 第十二章：动态内存
• 第十三章：拷贝控制
• 第十四章：重载运算与类型转换
• 第十五章：面向对象程序设计
• 第十六章：模板与泛型编程
• 第十七章：标准库特殊设施
• 第十八章：用于大型程序的工具
• 第十九章：特殊工具与技术

IO类

头文件：

• iostream：
  • istream、wistream从流读取数据
  • ostream、wostream向流写入数据
  • iostream、wiostream读写流
• fstream：
  • ifstream、wifstream从文件读取数据
  • ofstream、wofstream向文件写入数据
  • fstream、wfstream读写文件
• sstream：
  • istringstream、wistringstream从string读取数据
  • ostringstream、wostringstream向string写入数据
  • stringstream、wstringstream读写string

IO类型间的关系：标准库通过继承机制可以忽略不同类型之间的流的差异，这些流特性可以无差别地应用于普通流、文件流和string流，以及char或宽字符流版本。

IO对象无拷贝或赋值

IO对象不可拷贝或赋值，所以在函数中，只能以引用地方式传递和返回流，读写IO流回改变其状态，所以传递和返回的引用也不能是const的。

条件状态

IO库条件状态：

//IO错误的例子
int val;
cin >> val;
//当输入不是数值型，读操作就会失败，cin进入错误状态
//可以将流当作条件，当输入成功时，流保持有效状态，条件为真
while(cin >> word){
	...
}

查询流的状态：相比流作为条件，可以更确切地知道是哪种错误。
错误类型：

• badbit：系统级错误
• failbit：可恢复错误
• eofbit：到达结束位置
• goodbit：0表示未发生错误

badbit表示系统级错误，如不可恢复的读写错误。通常发生该错误流就无法再使用了。
failbit通常是发生可恢复错误，如期望读取数值却读出一个字符，可以修正，流还可以继续使用。
到达文件结束位置，eofbit和failbit都会被置位。
goodbit为0表示流未发生错误，如果badbit、failbit和eofbit任一个被置位，检测流状态的条件都会失败。

管理条件状态：流对象的rdstate返回一个iostate值，表示流当前状态。clear函数不接受参数复位所有错误标志位，带参数则复位对应的状态。

auto old_state = cin.rdstate();//保存当前流状态
cin.clear();//清除流状态
process_input(cin);//使用cin，可能改变流状态
cin.setstate(old_state);//将cin置为原有状态

//复位failbit和badbit，其他标志位不变
cin.clear(cin.rdstate() & ~cin.failbit & ~cin.badbit);

管理输出缓冲

缓冲刷新(数据真正写到输出设备或文件)的原因：

• 程序正常结束。
• 缓冲区满，需要刷新缓冲，才能继续写。
• 使用操作符(如endl)显式刷新。
• 输出操作之后，使用操纵符unitbuf设置流的内部状态清除缓冲区。默认情况下，cerr是设置unitbuf的，所以写到cerr的内容都是立即刷新的。
• 一个输出流可能会被关联到另一个流，当读写被关联的流时，关联到的流的缓冲区会被刷新。默认情况下，cin和cerr都关联到cout，所以读cin或写cerr都会导致cout的缓冲区刷新。

刷新输出到缓冲区：

• endl，输出额外一个换行符，刷新缓冲区。
• flush，刷新缓冲区，不附加任何额外字符。
• ends，输出额外一个空字符，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
cout << "hi" << ends;//输出hi和一个空字符，然后刷新缓冲区

unitbuf操纵符：如果想在每次输出操作后都刷新缓冲区，可以使用unitbuf操纵符。

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

警告：如果程序崩溃，输出缓冲区不会被刷新
如果程序异常终止，输出缓冲区不会被刷新，数据可能停留在缓冲区等待打印，会导致一些调试信息没有输出。

关联输入和输出流：当一个输入流被关联到一个输出流时，从输入流读数据都会先刷新关联的输出流。

cin >> ival;//会导致cout的缓冲区被刷新

//tie函数返回一个ostream的引用，有无参和有参两种形式
ostream* tie ( ) const; //返回指向绑定的输出流的指针。  
ostream* tie ( ostream* tiestr ); //将tiestr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。

x.tie(&o);//将流x关联到输出流o

cin.tie(&cout);//标准库默认将cin和cout关联
ostream *old_tie = cin.tie(nullptr);//cin不与其他流关联
cin.tie(&cerr);//读取cin会刷新cerr
cin.tie(old_tie);//重建默认关联

每个流同时最多关联到一个流，但多个流可以同时关联到一个ostream。

文件输入输出

头文件fstream定义了三种类型：

• ifstream：从文件读取数据。
• ofstream：向文件写入数据。
• fstream：可以对文件进行读写数据。

fstream继承iostream，除了iostream的操作外，还有特有的操作。

使用文件流对象

用fstream代替iostream：和cin和cout一样可以使用<<和>>操作符。

ifstream input(s1);//打开要读入的文件
ofstream output(s2);//打开要写入的文件
//读取文件并写入文件
int i;
while(input >> i){
	output << i << endl;//s1文件中每个元素按行写入s2
}

成员函数open和close：

ifstream in(ifile);//带参构造函数默认执行open
ofstream out;
out.open(ifile + ".copy");//显式执行open打开指定文件
//如果调用open失败，failbit会被置位
if(out)///检查open是否成功

另外对一个已经打开的文件流调用open会失败，导致failbit被置位，随后试图使用文件流的操作都会失败。为了将文件流关联到另一个文件，必须先关闭。

in.close();
in.open(ifile2);

自动构造和析构：考虑如下情形，每个循环步构造一个新的ifstream对象，并打开一个文件。因为input是循环的局部变量，每次循环步结束后都会进行销毁，当ftream对象离开作用域时(销毁时)，与之关联的文件会自动关闭。

while(...){
	ifstream input(s);
	...//没有调用close
}

文件模式

指定文件模式有如下限制：

• 只可以对ofstream或fstream对象设定out模式。
• 只可以对ifstream或fstream对象设定in模式。
• 只有当out也被设定时才可以设定trunc模式。
• 只要trunc没被设定，就可以设定app模式。
• 默认情况以trunc方式进行写，如果要保留原有文件内容，则必须指定app模式。
• ate和binarr可以与任何其他模式组合。

ifstream关联的文件默认以in打开，ofstream关联的文件默认以out打开。

以out模式打开文件会丢弃已有数据：

//为了保留文件内容，必须显式指定app模式
ofstream out(file, ofstream::app);
ofstream out(file, ofstream::out | ofstream::app);

每次调用open时都会确定文件模式：每次打开文件都可以改变文件模式。

ofstream out;
out.open(file);
out.close();
out.open(file2, ofstream::app);
out.close();

string流

sstream头文件定义了三种类型支持内存IO(向string读写数据)：

• istringstream：从string读取数据。
• ostringstream：向string写入数据。
• stringstream：可以对string进行读写。

sstream继承自iostream，除了继承来的操作，还额外有：

使用istringstream

//对于如下数据：包含一个人名和不定数量的数字
//morgan 2015523 862546

string line, word;
while(getline(cin, line)){
	istringstream record(line);
	record >> info.name;//将第一个名字保存
	while(record >> word)//将所有号码保存，直到行尾
		record >> info.number;//假设info.number能正确存下所有号码
}

使用ostringstream

有时并不是一次性能够完成输出到文件的内容的处理，可以先写入到ostringstream中，等操作全部完成后再写入到文件。

ostringstream rightNums, badNums;//存储正确的或不正确的号码
if(valid(nums)){
	rightNums << " " << nums;
}else{
	badNums << " " << nums;
}

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