C++输入输出与IO流

C++ 输入输出与I/O流

IO类型与基础特性

C++11标准提供了几种IO处理操作。其中最为熟悉的就是控制台IO：iostream，除此之外，还提供了文件操作IO：fstream以及string处理IO：stringstream，这两种IO操作都继承自iostream，因此在iostream上可以执行的操作，在另外两种IO类型中亦可执行。（i继承i，o继承o）

IO库类型及头文件

注：w开头的类型用于操纵wchar_t类型的数据。

• cin：一个istream对象，从标准输入中读取数据
• cout： 一个ostream对象，向标准输出写入数据
• cerr：一个ostream对象，通常用于输出程序错误信息，写入到标准错误
• >>：用来从一个istream对象读取输入数据
• <<： 用来向一个ostream对象写入输出数据
• eof(): 用来判断流是否到达末尾

概念与特性

• IO对象不能被拷贝或赋值
• 如果程序崩溃，输出缓冲区是不会被刷新的。
• 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

IO状态

strm::iostate是C++中表示流的状态的一种类型，是一个枚举类型。（这里的strm是一种IO类型，如ostream、fstream等）

标准库提供了一组函数用来查询这些标志位的状态。其中good()和fail()是确定流总体状态的方法，当我们将流当做条件使用，如while(cin >> word)时，其代码就等价于while(!cin.fail())

输出缓冲区

每个输入流都管理一个缓冲区，用来保存程序读写的数据。

当程序正常结束、缓冲区满、手动指定缓冲（如操作符endl，cerr等）缓冲区都会被刷新。

unitbuf与nounitbuf

cout << unitbuf; 		// 所有输出操作后都会立刻刷新缓冲区
// 任何输出都立刻刷新，无缓冲
...
cout << nounitbuf;      // 恢复常规模式

文件输入输出

fstream特有的操作

• 当一个fstream对象被销毁时，close会自动被调用

文件模式

文件模式，用于指出文件流如何使用文件

• ifstream默认in模式，ofstream默认out模式，fstream默认in和out模式
• out只支持ofs和fs流； in只支持ifs和fs流
• out被设定时，才可以设定trunc
• trunc没被设定时，才可以设定app模式
• app模式下，没有显式指定out，文件依然以输出方式被打开
• ate和binary模式可用于任何类型的文件流对象

注意1：以out模式打开文件会丢弃已有数据

• 使用ofstream打开一个文件，会将文件原有的数据丢弃。可以同时采用显式指定app或in的方式打开，避免造成数据丢失。

注意2：每次调用open是都会确认文件模式

• 我们使用同一个ofstream流打开文件，在第一个文件指定了什么模式打开，并不会在第二个文件中依然存在，只会选择默认方式
• 所以我们利用与out相关的文件流打开文件时，一定要注意最好显式指定文件模式

我们使用文件流时通常包含以下步骤

• 创建一个文件流
  • 默认文件流
  • 指定绑定文件（打开or不打开）
• 打开文件
  • 显式指定打开模式
• 关闭文件

void fstreamTest(){
    string filename = "F:xxxxxx\\test.txt";
    // 创建一个文件流对象
    std::fstream fstrm(filename);
    // fstrm.open(filename);  也可以创建一个默认的fstream实例，用这种方式打开
    
    string line;
    // 是否成功打开与其关联的文件
    if(fstrm.is_open()){
        while(std::getline(fstrm, line)){
            std::cout<< line << std::endl;
        }
    }else{
        std::cerr<<"Flie is not open!"<<std::endl;
    }
    // 最后用完关闭
    fstrm.close();
}

string流

stringstream特有操作

IO处理中常用的函数及操作符

getline(cin, str)

• getline函数会从输入流中读取字符，直到遇到换行符或者指定分隔符位置，会将读取到的字符存储在str中

template <class charT, class traits, class Allocator>
std::basic_istream<charT,traits>& getline (std::basic_istream<charT,traits>& is, std::basic_string<charT,traits,Allocator>& str, charT delim);

• is 是输入流，例如 std::cin。
• str 是要存储读取到的一行数据的字符串。
• delim 是可选参数，用于指定行结束的分隔符，默认为换行符 \n。

std::boolalpha

• 使控制台在输入bool类型数据时，输出字符型的true或false，而非0和1
• 关闭使用：std::noboolalpha

void boolalphaTest(){
    std::cout<<"Default bool type: "<<true<<" "<<false<<'\n'
            <<std::boolalpha
            <<"use boolalpha: "<< true<<" "<<false<<'\n'
            <<std::noboolalpha
            <<"close boolalpha: "<< true<<" "<<false<<'\n';
}

综合练习与demo

一、 创建文件并写入

	std::ofstream outFile;			// 创建写入文件流
	outFile.open("emptable1.txt"); 	// 创建该txt文件
	if (!outFile)
	{
		std::cerr << "无法打开文件" << std::endl;
		return;
	}
	outFile << "on, ";				// 写入数据
	for (auto s : stepMap)
	{
		outFile << s.second << ", ";
	}
	outFile << endl;
	outFile.close();				// 关闭文件

二、控制台输入数据并拆分存储

/*1、输入一行数据并按空格拆分*/
string input;
vector<string> latex;
cout << "Please input: ";
// 将一行输入存储到input中
std::getline(std::cin, input);		
// 创建istring流，并将input拷贝过去
std::istringstream iss(input);				
string str;
// istring流将通过空格进行拆分，传递赋值给str
while (iss >> str)							
{
    latex.push_back(str);
}

/*2、输入多行数据并按行存储*/
 std::vector<std::string> lines;
std::string line;

std::cout << "Enter multiple lines of text (enter an empty line to finish):" << std::endl;

// 使用 getline 在循环中读取每一行输入
while (true) {
    std::getline(std::cin, line);
    if (line.empty()) {
        // 当输入为空行时，结束输入
        break;
    }
    lines.push_back(line);
}

三、读写电话簿

给定一个电话簿文件，里面格式大致为name number1 number2。

读取该文件，并且存储人物及电话号码信息，存储时判断号码是否符合规定

将正确格式化后的字符，输出到结果文件中（结果文件包含title，不能覆盖）

#include <fstream>
#include <iostream>
#include <vector>
#include <sstream>
using namespace std;

struct PersonInfo
{
    /* data */
    string name;
    vector<string> phones;
};

// 检查电话号码是否合法
bool checkNumber(string s)
{
    if (s.size() != 11 && (s.size() < 4 || s.substr(0, 4) != "0831"))
    {
        return false;
    }
    else
    {
        for (auto &c : s)
        {
            if (!isdigit(c) && c != '-')
            {
                return false;
            }
        }
    }
    return true;
}

// 阅读最初的电话簿并存储
vector<PersonInfo> getOriginNumbers(string s)
{
    ifstream ifstm;
    // 文件输入流以默认模式打开文件
    ifstm.open(s);
    vector<PersonInfo> people;
    if (ifstm.is_open())
    {
        string line, number;
        // line以行存储文件中的内容
        while (getline(ifstm, line))
        {
            PersonInfo info;
            // 使用istringstream流时，record会根据空白符号对string进行拆分
            istringstream record(line);
            // 录入名字
            record >> info.name;
            // 录入多个号码
            while (record >> number)
            {
                info.phones.push_back(number);
            }
            people.push_back(info);
        }
    }
    else
    {
        cerr << "Open file is faild! " << endl;
    }
    ifstm.close();
    return people;
}

// 将正确的电话存储到电话簿中
void saveRightNumbers(vector<PersonInfo> &people, string s)
{
    ofstream ofs;
    // 以追加形式打开，避免覆盖文件中原有的内容
    ofs.open(s, ofstream::app);
    
    if (ofs.is_open())
    {
        for (const PersonInfo &p : people)
        {
            ofs<<'\n';      // 先换行
            // 记录哪些电话号码有误
            ostringstream badNums;
            ofs << p.name<<"    ";
            for (const auto &number : p.phones)
            {
                // 如果电话号码错误，存储到该string输出流中
                if (!checkNumber(number))
                {
                    // 存储多个错误号码
                    badNums << " " << number;
                }else{
                    ofs<<number << "    ";
                }
            }
            if (!badNums.str().empty())
            {
                // 输出谁的电话号码有问题
                cerr << "[input error]  name: " << p.name
                     << ",  invalid number(s): " << badNums.str() << endl;
            }
        }
    }
    else
    {
        cerr << "Open savefile is faild! " << endl;
    }
    ofs.close();
}

int main()
{
    string originfile = "F:\\xxxxxx\\numberDict.txt";
    string savefile = "F:\\xxxxxxx\\save.txt";
    vector<PersonInfo> people = getOriginNumbers(originfile);
    saveRightNumbers(people, savefile);
    return 0;
}