【C++】浅论（cin和cout)的解锁、缓冲区的理解、CC++输入方法汇总和详解

2024-05-27 16:04
文章标签 c++ 方法 详解 输入 理解 汇总 浅论 cin 解锁 缓冲区 cout

本文主要是介绍【C++】浅论（cin和cout)的解锁、缓冲区的理解、CC++输入方法汇总和详解，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

一、cin,cout解锁

1.1：cin,cout解锁以及why

首先cin和cout是在c++中为了提供类型安全和易用性设计的，它兼容了c语言的输入和输出，以上几点导致它在性能行（读取和输出速度)远不如传统c语言的输入和输出。

在看到一些代码里面，会在main函数开头加上这两行代码，叫做对cin和cout解锁，使用之后确实能对性能有一定的提升：

ios::sync_with_stdio(false);
cin.tie(0),cout.tie(0);

🚨注意：cin cout解锁使用时，不能与 scanf,getchar, printf,cin.getline()混用，一定要注意，会出错。

我们来看看这两行代码其实是在做什么，但在这之前，让我们先学习一下底层的一些知识：输入输出缓冲区。

二：C++输入输出缓冲区

  ios::sync_with_stdio(false);首先，上文提到过，由于cin、cout是兼容了C语言的输入和输出，这意味着C++的IO标准库和C的IO标准库是同步的，这能保证可以在程序中混用cin、cout和scanf、printf。但是这种同步带来的代价是，在用户进行输入和输出时，这两个库之间会协调同一片共享缓冲区，保证程序能按顺序的执行，这种协调会导致资源的消耗。这个代码相当于关闭了这种协调机制，减少了这部分的资源消耗，但是同时你也就不能混用两种输入输出方式！
  cin.tie(0),cout.tie(0): 首先我们需要明白，在C++的输入和输出过程中有两个独立的缓冲区：输入缓冲区、输出缓冲区。

在这里插入图片描述

  1. 输入缓冲区：当我们用标准输入从外部设备（如键盘or硬盘）向程序（也就是内存）输入数据时，数据不会立马跑到程序里被程序的变量所接收从而处理，而是先到内存的输入缓冲区，等到 cin函数进行缓冲区数据读取时，数据才会从缓冲区这个中间站流向内存。
  2. 输出缓冲区： 它和输入缓冲区的性质是一样的，区别在于它数据的流向：从内存流向设备（硬盘、显示屏）；和cin输入数据一样，当我们用cout将数据从程序（内存）往外部设备输出时，它不会直接输出，而是先将数据送到缓冲区（打住，cout的作用就是这个），当某些条件触发（如：缓冲区满了、缓冲区被刷新），才会将在缓冲区的数据送到外部设备。

 而C++默认cin和cout是绑定的，也就是说，当我们用cin输入数据时，它会自动提前刷新输出缓冲区，以确保将之前就被拿出来的数据能输出。而这种绑定机制可能会频繁无意义的多次刷新缓冲区，造成资源浪费。而cin.tie(0),cout.tie(0)的作用就是解除这种绑定机制，谁也不用等谁。但是这样带来的问题是：在进行输入之前，必须手动刷新缓冲区，否则前面的提示信息还没显示，后面的输入先来了。
在这里插入图片描述

 关于上面的手动刷新缓冲区，意思就是说，你需要手动把cout从内存拿到缓冲区的数据输出到屏幕上，否则它就一直在在缓冲区，除非手动(<<flush或<<endl)刷新才能显示。这里举个例子：

int main(){ios::sync_with_stdio(false);cin.tie(0),cout.tie(0);int n = 0;cout << "请输入棋盘(nxn)的大小：n = ";cin >> n;return 0;
}

这个代码，按理来说，应该是先出现提示信息，再进行输入n，但是实际运行结果是：

在这里插入图片描述
我们看到，是先输入，再输出了本该提前输出的提示信息。这是因为我们对cin和cout进行解绑后，cout不再具有在cin运行前自动刷新输出缓冲区（意味着将缓冲区的数据输出到屏幕）的功能，所以其实在输入2之前，cout已经将提升信息从程序（内存）拿到了缓冲区，但是没有将其刷新送到屏幕，而是在程序结束后不得不刷新缓冲区。

所以，在对cin和cout进行解绑后，一定要记得手动刷新缓冲区（flush或endl）：

cout << "请输入棋盘(nxn)的大小：n = " << flush;
cin >> n;

cout << "请输入棋盘(nxn)的大小：n = " << endl;
cin >> n;

三、C的标准输入

虽然在某些情况下，使用cin和cout解绑后能提升性能，但是肯定还是没有用传统的c语言的输入输出效率和性能高。所以我打算法竞赛的朋友也建议我用传统的输入输出方法，下面也在这里做一个简单的总结：

3.1：scanf和printf

  • 定义：按照特定格式从stdin读取输入。

  • 用法示例:

    char str[100];
int a;
scanf("%s %d", str, &a);    // 注意，传入的一定是变量的地址

  • 从缓冲区读取数据流程：

    • 缓冲区开头：读取并丢弃空白字符（包括空格、Tab、换行符），直到第一个非空白字符才认为是第一个数据的开始。
    • 缓冲区中间：开始读取第一个数据后，一旦遇到空白字符（非换行符）， 就认为读取完毕一次。遇到的空白字符不读取残留在缓冲区，直到下一次被读取或刷新。例如输入字符串hello yyz，则会被认为是2个字符串。
    • 缓冲区末尾：按下回车键时，换行符\n残留在缓冲区。换行符之前的空格可以认为是中间的空白字符，处理同上。
    char c[100]; // 分配长度为100的字符数组scanf("%s", c); // 不需要使用&，因为数组名已经是地址printf("%s", c);

    在这里插入图片描述

  • 格式控制符说明：
    在这里插入图片描述

注意，%c是一个比较特殊的格式符号，它将会读取所有空白字符，包括缓冲区开头的空格、Tab、换行符，使用时要特别注意。

3.2：字符和字符串（char [])

3.2.1：fgetc() & getc()读取字符

  • 定义：从指定输入流读取一个字符，输入可以是 stdin，也可以是文件流 ，使用时需要显式指定。

    这两个函数完全等效，getc()由fgetc()宏定义而来。不同的是，gets()和fgets()相互之间没有关系。

    fgetc()和getc()对应的输出函数是fputc()和putc()

  • 用法示例：

    char a, b;
a = fgetc(stdin);
b = getc(stdin);

    在下面代码中，如果输入一个字符按下回车，那么a读取到的是第一个字符，而b读取到的是紧跟着的回车

    char a, b;
a = fgetc(stdin); // 从标准输入读取一个字符
b = getc(stdin);  // 再从标准输入读取另一个字符fputc(a, stdout); // 输出字符a到标准输出
putc(b, stdout);  // 输出字符b到标准输出

    在这里插入图片描述

  • 读取数据流程：
     所有空格、Tab、换行等空白字符，无论在缓冲区开头、中间还是结尾，均会被读取，不丢弃也不会残留在缓冲区。
     如果输入一个字符如’a’，然后按下回车键，则读取到的是字符’a’，同时换行符\n残留在缓冲区。
     因为只读取一个字符，所以如果输入多于1个字符（包括换行符），则它们均会残留在缓冲区。具体地说，如果什么字符都不输入，直接按下回车键，则读取到的是换行符\n，缓冲区无任何残留；

3.2.2：getchar()读取字符

  • 定义：从stdin读取一个字符。

    getchar()实际上也由fgetc()宏定义而来，只是默认输入流为stdin。( 它和前面两个唯一不同的就是不需要显示指定输入流）

    getchar()对应的输出函数是putchar()。

  • 用法示例：

    char a;
a = getchar();

    getchar()常常用于清理缓冲区开头残留的换行符。当知道缓冲区开头有\n残留时，可以调用getchar()但不赋值给任何变量，即可实现冲刷掉\n的效果。

3.2.3：字符串读入——fgets()

  • 定义： char *fgets(char *str, int n, FILE *stream)从指定输入流读取一行，输入可以是stdin，也可以是文件流，使用时需要显式指定, 并把它存储在 str 所指向的字符串内。当读取(n-1)个字符时，或者读取到换行符\n时，或者到达文件末尾时，它会停止读取，并在末尾补上\0。

    • str – 这是指向一个字符数组的指针，该数组存储了要读取的字符串。
    • n – 这是要读取的最大字符数（包括最后的空字符\0）。通常是使用以 str 传递的数组长度。(当输入的字符小于最大个数n-1时，会读取到\n并停止，\n会被读取到，不会丢弃，和普通字符地位一样）
    • stream – 这是指向 FILE 对象的指针，该 FILE 对象标识了要从中读取字符的流。

  • 读取文件流示例：

char str[100];
memset(str, 0, sizeof(str));
int i = 1;FILE *fp = fopen("...test.txt", "r");
if (fp == NULL) {printf("File open Error!\n");exit(1);
}while (fgets(str, sizeof(str), fp) != NULL)printf("line%d [len %d]: %s", i++, strlen(str), str);fclose(fp);
  • 读取stdin示例：
char str[100];
memset(str, 0, sizeof(str));
int i = 1;
while (fgets(str, sizeof(str), stdin) != NULL)printf("line%d [len %d]: %s", i++, strlen(str), str);
  • 读取数据流程：
    • 所有空格、Tab等空白字符均被读取，不忽略。
    • 按下回车键时，缓冲区末尾的换行符也被读取，字符串末尾将有一个换行符\n作为字符串的一部分
    • fgets()函数会自动在字符串末尾加上\0结束符。所以当输入字符串hello，再按下回车，则读到的字符串长度为6(hello + \n)，字符数组大小为7（因为包括了\0）
    • 第 2 个参数n指定了读取的最大长度（算上\0的)。函数读到n-1个字符（包括换行符\n）就会停止，并在末尾加上\0结束符。剩余字符将残留在缓冲区。

四、C++标准输入

4.1：cin和cout

  • 定义：cin是 C++ 的标准输入流对象，即istream类的一个对象实例。cin有自己的缓冲区，但默认情况下是与stdin同步的，因此在 C++ 中可以混用 C++ 和 C 风格的输入输出（在不手动取消同步的情况下）。

    cin与stdin一样是行缓冲，即遇到换行符时才会将数据同步到输入缓冲区。

  • 读取数据流程：cin对空白字符的处理与scanf一致。即：跳过开头空白字符，遇到空白字符停止读取，且空白字符（包括换行符）残留在缓冲区。

🚨注意：所以cin用来读取字符串是读取不到空白字符的！！！字符串string的读取需要用到下面专门读取字符串的函数！！！！

4.2：字符串读取

4.2.1：给C类型字符串（字符数组 char [])赋值

1:cin.get()
  • 定义：
  • 读取单个或指定长度的字符，包括空白字符。
  • 当使用无参数时，它读取并返回下一个字符
  • 也可以与一个参数一起使用（字符的引用），用来读取一个字符，包括换行符\n。
  • 当与两个参数一起使用时（字符数组和长度）std::cin.get(buffer, SIZE);
    • 它会读取至多 SIZE - 1 个字符到 buffer 中（SIZE 是数组大小的参数）。这是因为最后一个位置需要留给空字符（null character，'\0'），这是 C 风格字符串的结束标志。
    • 如果在读取 SIZE - 1 个字符之前遇到了文件结束符（EOF，通常由用户输入 Ctrl+D 或 Ctrl+Z 产生），或者遇到了换行符 '\n'，std::cin.get() 就会停止读取。
    • 如果在读取 SIZE - 1 个字符之前遇到了换行符 '\n'，遇到换行符\n，随之停止读取；换行符\n留在输入缓冲区
  • 用法示例：
#include <iostream>int main() {const int SIZE = 10;char buffer[SIZE];std::cout << "Enter some text: ";std::cin.get(buffer, SIZE);// 注意：手动添加 null 字符来确保字符串正确终止buffer[SIZE - 1] = '\0';std::cout << "You entered: " << buffer << std::endl;// 如果需要清理输入流if (std::cin.peek() == '\n') {// 如果下一个字符是换行符，只需忽略它std::cin.ignore();} else {// 清除剩余的输入直到下一个换行符std::cin.ignore(std::numeric_limits<std::streamsize>::max(), '\n');}return 0;
}
  • cin.get()读取单个字符时，类似于 C 中的fgetc()，对空白字符的处理也与其一致，可以读取回车\n。cin.get()读取的字符也可以赋值给整型变量。
  • cin.get()读取指定长度个字符时，类似于 C 中的fgets()，但在换行符的处理上不同：fgets()会将缓冲区末尾的换行符\n也写入字符串，而cin.get()遇到缓冲区末尾的\n，立即停止读入，\n会被残留在缓冲区。即：当输入test时，用fgets()读取得到的字符串长度为5（把\n读入），用cin.get()读取得到的字符串长度为4。
2.cin.getline()
  • 定义：读取指定长度的字符，包括空白字符。
  • 用法示例：
    char str[20];
cin.getline(str, sizeof(str));    // 第3个参数也可以指定终止字符
    cin.getline()与cin.get()指定读取长度时的用法几乎一样。
    唯一区别在于，
    • cin.getline()读取到\n会停止读取，但不会将\0追加到字符串末尾而是直接将其丢弃，所以不同于cin.get()， cin.getline()不会把\n残留在输入缓冲区。
    • 如果输入的字符个数大于指定的最大长度n-1（不含终止符），cin.get()会使余下字符残留在缓冲区，等待下次读取；而cin.getline()会给输入流设为 Fail 状态，在主动恢复之前，无法再进行正常输入。

4.2.2：给string类型赋值：getline()

  • 定义：getline()并不是标准输入流istream的函数，而是字符串流sstream的函数，只能用于读取数据给string类对象，使用时也需要包含头文件<string>。

    如果使用getline()读取标准输入流的数据，需要显式指定输入流。

  • 用法示例：

    int n;
string s;
cin >> n;
getchar(); //cin.get() 清空前面cin留下的换行符，避免下面读到空字符串
getline(cin, s);//可正确读入下一行的输入

  • 和前面cin.get()函数不同的是，它是 遇到换行符\n读取并丢弃，随之停止读取；换行符\n既不加到字符串末尾，也不会留在输入缓冲区（这点和cin.getline()是一样的）

  • 需要注意的是，假如缓冲区开头就是换行符（比如可能是上一次cin残留的），则getline()会直接读取到空字符串并结束，不会给键盘输入的机会。所以这种情况下要注意先清除开头的换行符。

五、C&C++的输入方法总结

 首先在C语言中

  • scanf用来格式化读取各种基本数据（但是遇到空比字符则视为读入的终止标志而停止，所以不可用来读取带有空格的字符串）
  • getchar()和fgets()用来读取字符（可读白字符：如空格、换行），区别仅在于getchar()默认是stdin输入流，不用显示传参
  • 在读取字符串时（C语言格式的字符数组char [])，使用fgets读入，其会读取到换行符\0便终止读取，并把\0算入字符串的一个字符加入到字符串末尾，并且自动在字符串末尾加上\0。

 在C++中

  • cin可以用来读取各种基本数据，和scanf一样即：跳过开头空白字符，遇到空白字符停止读取，且空白字符（包括换行符）残留在缓冲区。所以不可用来直接读取带有空格的字符串
  • cin.get()、cin.getline()用法方面类似，都是对传统C形式字符串即字符数组char []的读取（cin.get()在读取字符时和putchar()用法一致）。二者而和fgets()不同的是，这两者都不会将\0作为字符串的一部分追加到字符串末尾；但cin.get()的做法是直接将\0残留在了缓冲区，而cin.getline()是将其读取并且丢弃，输入缓冲区不会残留。同时它们也会自动给字符数组末尾追加\0，即仅从输入流中读取 n-1个字符，字符数组末尾会用 '\0'补充
  • getline()是专门对string这种字符串类型变量的读取，它对换行符的处理和上面的cin.getline()一致。

这篇关于【C++】浅论（cin和cout)的解锁、缓冲区的理解、CC++输入方法汇总和详解的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/1007944。

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