（P58）io流类库：什么是I/O，什么是流，流类库继承体系，标准输入/输出流

2024-06-08 05:58
文章标签 输出 输入 体系 继承 io 标准 类库 p58

本文主要是介绍（P58）io流类库：什么是I/O，什么是流，流类库继承体系，标准输入/输出流，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！

文章目录

    • 1.什么是I/O
    • 2.什么是流
    • 3.流类库继承体系
    • 4.标准输入/输出流

1.什么是I/O

  • 数据的输入和输出（INPUT/OUTPUT简写为I/O）
  • 3种类型的IO
    （1）标准输入输出流
    对标准输入设备和标准输出设备的输入输出简称为标准I/O
    （2）文件流
    对在外存磁盘上文件的输入输出简称为文件I/O
    （3）字符串流
    对内存中指定的字符串存储空间的输入输出简称为串I/O

2.什么是流

  • 数据输出输出的过程，可以形象地看成流
  • 从流中获取数据的操作称为“提取”（输入，>>）操作
  • 从流中添加数据的操作称为“插入”（输出，<<）操作
cin>>n		从标准输入获取变量n。从输入流到变量，称之为输入
cout<<n		向标准输出插入数据变量n。从变量到输出流，称之为输出
>>,<<箭头指向的方向代表了数据流动的方向
  • 标准IO，就有标准输入输出流
  • 文件IO，就有文件流
  • 字符串IO，就有字符串流

3.流类库继承体系

  • ios类和streambuf是平行类，大部分流类都直接或间接继承至这俩类
    ios是与输入输出相关的类；streambuf是与缓冲区相关的类

  • ios_base是ios基类，给ios类提供了流状态，输入输出格式化的功能

  • istream类继承至ios，提供流的输入操作，是输入流，重载了>>

  • ostream输出流，重载了输出的操作，重载<<

  • iostream输入输出都有

  • 字符串输入流：istringstream（>>输入操作），字符串输出流ostringstrea（<<输出操作），字符串输入输出流stringstream（>>,<<操作），
    字符串的三个流与stringbuf是组合关系，也就是这三流类包含了stringbuf成员
    在这里插入图片描述

  • 流库具有2个平行的基类：streambuf和ios类，所有流类均以两者之一作为基类

  • streambuf类提供对缓冲区的低级操作：设置缓冲区、对缓冲区指针操作、向缓冲区存/取字符

  • ios_base，ios类记录流状态，支持对streambuf的缓冲区输入/输出的格式化或非格式化转换

  • strstreambuf：使用串保存字符序列。扩展streambuf在缓冲区提取和插入的管理
    字符串流缓冲区

  • 使用文件保存字符序列。包括打开文件：读/写、查找字符
    文件流缓冲区

  • 查看类定义
    在这里插入图片描述
    cin是istream类的一个对象，cout是ostream类的一个对象
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    istream是basic_istream模板的一个特化，实际上真正的类应该是basic_istream<char, char_traits>；
    ostream是basic_ostream模板的一个特化
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    basic_istream继承至basic_ios，并不是继承至ios
    在这里插入图片描述
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    实际上ios是basic_ios模板的一个特化
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    清除流流状态
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    设置流状态
    在这里插入图片描述
    格式化操作
    在这里插入图片描述
    很多格式化操作可能由ios_base提供
    在这里插入图片描述
    格式化操作，科学计数法，输出宽度
    在这里插入图片描述

  • ostream
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    插入运算符，布尔类型的输出操作
    在这里插入图片描述
    short类型的输出操作
    在这里插入图片描述
    其他，以此类推
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

  • eg：P58\01.cpp

#include <iostream>using namespace std;//实际上是2个类对象
// cout;
// cin;int main(void)
{int n;cout << n <<endl;//在ostream类中重载了<<运算符，以成员函数方式重载MyString str;cout<<str;//不能以成员函数的方式重载的原因是：不能去更改ostream类的代码，如果每增加一个类，就去更改类重载//的代码，这样不好。//所以要输出自定义的类，要重载<<插入运算符，要用友元的方式重载return 0;
}

  • 为什么将ostream和istream看成是继承ios？
    在这里插入图片描述
    将basic_ios<_Elem, _Traits>用ios替换，把basic_istream用iostream替换。所以istream类继承至ios类。ostream类似
    在这里插入图片描述

  • eg2：【C++】关于std::ostream的构造函数

error


#include <iostream>
#include <sstream>
#include <string>using namespace std;int main(int argc, char* argv[]) 
{ostream os;stringstream ss1(argv[1]);os << "ss1:" << ss1.str() << endl;ss1 >>  hex >> supi;os << "supi:" << supi << endl;cout << endl;getchar();return 0;
}

但出现错误如下：

错误：'std :: basic_ostream＆lt; _CharT，_Traits＆gt; :: basic_ostream（）[with _CharT = char;

错误原因
查看了下std::ostream的构造函数，如下：

public:
//explicit用来防止由构造函数定义的隐式转换
explicitbasic_ostream(__streambuf_type* __sb){ this->init(__sb); }protected:basic_ostream(){ this->init(0); }#if __cplusplus >= 201103L// Non-standard constructor that does not call init()basic_ostream(basic_iostream<_CharT, _Traits>&) { }basic_ostream(const basic_ostream&) = delete;basic_ostream(basic_ostream&& __rhs): __ios_type(){ __ios_type::move(__rhs); }// 27.7.3.3 Assign/swapbasic_ostream& operator=(const basic_ostream&) = delete;basic_ostream&operator=(basic_ostream&& __rhs){swap(__rhs);return *this;
}

可以看到ostream类的默认构造函数是保护类型，而带参数的构造函数则是公有的，根据public和protected的功能，我们要定义一个ostream对象，必须要在参数中传入streambuf类型的指针才可以，否则会报编译错误。

success:


#include <iostream>
#include <fstream>using namespace std;int main()
{filebuf buf;if ( buf.open("/proc/self/fd/1", ios::out) == nullptr ){cerr << "stdout open failed" << endl;return -1;}ostream out(&buf);return 0;
}

总结：std::ostream，std::istream或std::iostream是std::stringstream，std::fstream等类的基类。

  • 这些类构造函数是保护类型，是不允许拷贝或者赋值的，所以它也不能直接作为返回类型和参数传递，很多时候需要使用引用来进行传递。
  • 所以只能实例化其派生类，然后使用引用或者指针来指向实例实现调用。（streambuf也一样，所以上面使用了其子类filebuf）

success：

  • 这里提供了一种便捷方法，将std::cout控制台输出流实例赋给std::ostream就可以了。

#include <iostream>
#include <sstream>
#include <string>using namespace std;int main(int argc, char* argv[]) 
{ostream &os = std::cout;stringstream ss1(argv[1]);os << "ss1:" << ss1.str() << endl;ss1 >>  hex >> supi;os << "supi:" << supi << endl;cout << endl;getchar();return 0;
}

4.标准输入/输出流

  • C++为用户进行标准I/O操作定义了四个类对象：cin，cout，cerr和clog
    （1）cin为istream流类的对象，代表输入设备键盘，后3个为ostream流类的对象
    （2）out代表标准输出设备显示器
    （3）cerr（错误输出）和clog（位置输出）含义相同，均代表错误信息输出设备显示器

  • ostream流的操作
    （1）operator <<，插入运算符的重载
    （2）put()，输出
    （3）write()，输出

  • eg：P58\02.cpp

#include <iostream>using namespace std;int main(void)
{int n = 100;int n2 = 200;cout <<n<<" "<<n2<<endl;return 0;
}
  • 测试：
    为什么可以连续使用<<操作？注意：<<的返回值，<<操作返回一个ostream对象的引用，以及<<操作的重载功能（默认情况下重载了一些基本类型）
    运算符重载返回的是对象的引用，运算符重载本质上是函数重载，cout <<n函数的返回值对象的引用（cout就是ostream类型），也还是cout对象，cout对象还可以继续输出
    在这里插入图片描述
    打断点，F9跟踪进去
    在这里插入图片描述
    输入F11，返回的是对象的引用
    在这里插入图片描述
    basic_ostream<_Elem, _Traits>实际上就是ostream类型
    在这里插入图片描述
  • eg：P58\03.cpp
#include <iostream>using namespace std;int main(void)
{int n = 100;int n2 = 200;cout <<n<<" "<<n2<<endl;//put是ostream类的一个成员函数//put方法的返回值也是ostream对象的引用，所以也可以连续使用cout.put('H');cout.put('i');cout.put(' ');cout.put('H').put('i').put('\n');return 0;
}
  • 测试：
    put()操作
    输出单个字符
    返回一个ostream对象的引用
    cout.put(‘H’).put(‘i’);
    put方法的返回值也是ostream对象的引用，所以也可以连续使用
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
  • eg：P58\04.cpp
#include <iostream>using namespace std;int main(void)
{int n = 100;int n2 = 200;cout <<n<<" "<<n2<<endl;//put是ostream类的一个成员函数//put方法的返回值也是ostream对象的引用，所以也可以连续使用cout.put('H');cout.put('i');cout.put(' ');cout.put('H').put('i').put('\n');char buf[] = "test!!!!!";cout.write(buf, 5);return 0;
}

  • 测试：
    write操作
    write(buf, len)
    write()返回一个ostream对象的引用
    cout.write(buf, len)//char buf[len]，输出一个缓冲区，并指定缓冲区的长度
    在这里插入图片描述

  • istream流的操作
    （1）operator>>操作，重载了提取运算符>>
    （2）get()
    （3）getline()
    （4）read()
    （5）peek()
    （6）peek()
    （7）putback()

  • eg：P58\05.cpp

#include <iostream>using namespace std;int main(void)
{int n;char ch;cin>>n>>ch;cout<<"n="<<n<<" "<<"ch="<<ch<<endl;return 0;
}
  • 测试：
    为什么可以连续使用>>操作？注意：>>的返回值，>>操作返回一个istream对象的引用，>>操作的重载功能

在这里插入图片描述

  • eg：P58\06.cpp
#include <iostream>using namespace std;int main(void)
{// int n;// char ch;// cin>>n>>ch;// cout<<"n="<<n<<" "<<"ch="<<ch<<endl;int ch = cin.get();cout<<ch<<endl;char ch;cin.get(ch);cout<<ch<<endl;char ch1;char ch2;cin.get(ch1).get(ch2);cout<<ch1<<" "<<ch2<<endl;return 0;
}
  • 测试
    get操作
    （1）读取单个字符
    （2）返回一个整数（输入的是字符，返回的是字符的ASCII码）
    （3）get对回车换行的处理
    get(char&)操作
    （1）读取单个字符
    （2）返回一个istream对象引用
    输出A的ASCII码值为65
    在这里插入图片描述
    获取一个字符A
    在这里插入图片描述
    get返回的是对象的引用，所以可以使用多次get
    在这里插入图片描述
  • eg：P58\07.cpp
#include <iostream>using namespace std;int main(void)
{// int n;// char ch;// cin>>n>>ch;// cout<<"n="<<n<<" "<<"ch="<<ch<<endl;// int ch = cin.get();// cout<<ch<<endl;// char ch;// cin.get(ch);// cout<<ch<<endl;// char ch1;// char ch2;// cin.get(ch1).get(ch2);// cout<<ch1<<" "<<ch2<<endl;//getline按行获取，即使遇到空白字符，也会提取到buf中//最多获取9个字符，还有1个是换行符//getline不接收换行符char buf[10] = {0};cin.getline(buf, 10);cout<<buf<<endl;//提取运算符>>遇到空白字符就停止char buf[10] = {0};cin>>buf;cout<<buf<<endl;return 0;
}

  • 测试：
    getline操作，按行获取
    （1）读取一行，读取回车键
    （2）返回istream对象的引用
    （3）getline()操作与>>的区别：
    char string1[256];
    cin.getline(string1, 256);//get a whole line
    cin>>string1;//stop at the 1st blank space
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

  • eg：P58\08.cpp

#include <iostream>using namespace std;int main(void)
{// int n;// char ch;// cin>>n>>ch;// cout<<"n="<<n<<" "<<"ch="<<ch<<endl;// int ch = cin.get();// cout<<ch<<endl;// char ch;// cin.get(ch);// cout<<ch<<endl;// char ch1;// char ch2;// cin.get(ch1).get(ch2);// cout<<ch1<<" "<<ch2<<endl;//getline按行获取，即使遇到空白字符，也会提取到buf中//最多获取9个字符，还有1个是换行符//getline不接收换行符// char buf[10] = {0};// cin.getline(buf, 10);// cout<<buf<<endl;// //提取运算符>>遇到空白字符就停止// char buf[10] = {0};// cin>>buf;// cout<<buf<<endl;//read对空白字符照读不误char buf[10] = {0};cin.read(buf, 5);cout<<buf<<endl;return 0;
}
  • 测试
    read(buf, len)
    返回一个istream对象的引用
    对空白字符照读不误

在这里插入图片描述
换行也会读取，a换行bcd
在这里插入图片描述

  • eg：P58\09.cpp
#include <iostream>using namespace std;int main(void)
{char c[10], c2, c3;c2 = cin.get();c3 = cin.get();cin.putback(c2);//该例子来自vs，按下F11cin.getline(&c[0], 9);cout << c <<endl;return 0；
}
  • 测试
    peek与putback
    peek：查看而不读取
    putback：将一个字符添加到流
    输入流中有abcdefg
    将a获取到c2变量，将b获取到c3变量，此时流中只有cdefg，然后再把c2进行putback放回流中
    在这里插入图片描述

这篇关于（P58）io流类库：什么是I/O，什么是流，流类库继承体系，标准输入/输出流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/1041372。

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