14.3.2　流类库层次

iostream库主要包括如表14.4所示的几个头文件，在前面所有示例代码中使用的头文件＜iostream＞便是其中之一。

前面提及的输入输出操作分别是由输入流（istream）和输出流（ostream）这两个类提供的，ios类是istream和ostream类的公共基类，为了允许双向的输入/输出，由istream和ostream派生出了iostream类。

新旧C++标准中，iostream类库的组织方式稍有不同，不仅体现在头文件是否有后缀上，事实上C++的I/O库被完全改写以适应国际化的需求，旧的C++标准只支持8位char型字符，为了使C++支持各种语言，新的标准扩展了wchar_t字符集。

旧标准下的I/O库中，诸如iostream等类是确切的定义，其类层次如图14.2所示，其中ios类和streambuf类是类库中的两个基类，其他类均是在此基础上派生而来的，两个类之间没有继承关系，它们是组合使用的，ios类中维护着一个指向streambuf类对象的指针。事实上，ios类仅提供编程界面和格式特征，而streambuf则是做实质性的工作。

图　14.2　旧标准中I/O库类层次结构略图

iostream类库中，streambuf、ios、istream、ostream、iostream、istream_withassign和ostream_withassign这些基本I/O流类和预定义的cin、cout、cerr和clog在iostream.h文件（及iostream.h中包含的头文件）中进行说明。filebuf、ifstream、ofstream和fstream在fstream.h中进行说明。strstream、istrstream、ostrstream和strstreambuf在strstream.h中说明。

注意

fstream. h和strstrea.h中都包含了iostream.h，所以如果使用标准输入输出（控制台I/O），只要包含iostream.h头文件即可，如果使用fstream或者strstream，只要包含相应的fstream.h和strstrea.h即可。

每个类的具体作用如表14.5所示。

新标准中根据wchar_t对I/O库进行了修改，使其模板化，其中包括basic_ios＜class T,traits＜T＞＞、basic_istream＜class T,traits＜T＞＞等（basic修饰），而原来的ios、istream等只是其在T为char时的实例，如下所示。

其中，traits＜T＞是一个模板类，为字符类型定义了具体特性，例如，如何比较字符是否相等以及字符的EOF值等，这涉及一些深层次的内容，不是本书讨论的范畴。

当T为wchar_t时，模板类实例化为wios和wistream形式（w版本），如下所示。

抛开实例化来看新标准下的类层次结构，如图14.3所示，其中，斜体加粗、背景为灰色的类为非模板类，其余均为模板类，在诸如basic_iostream类附近的斜体“iostream”是指模板类“basic_iostream”中当T为char时的实例，意思是说，strstream是从iostream派生而来，只对应着char型，没有wchar_t下的strstream版本。

图　14.3　新标准下的I/O类层次图

I/O类库中的一些独立于类型的信息被移植到新类ios_base（非模板类）中，包括一些原来在ios中的格式常量，而且，用以初始化的Init类也嵌套在了ios_base中进行定义，访问格式为“ios_base：Init”。

仍旧可以把basic_ios类和basic_streambuf类看做是类库中的两个基类，其他类均是在此基础上派生而来的，两个类之间没有继承关系，它们是组合使用的，basic_ios类（而不是ios_base类）中维护着一个指向basic_streambuf类对象的指针。

iostream类库中，streambuf、ios、istream、ostream、iostream这些基本I/O流类的char型特化实现（及其模板类即basic_XXX形式）和预定义的cin、cout、cerr和clog在iostream文件（及iostream中包含的其他头文件）中说明。filebuf、ifstream、ofstream和fstream（及其模板类即basic_XXX形式）在fstream中说明。非模板类strstream、istrstream、ostrstream和strstreambuf在strstream中说明，用以执行C风格的串，也就是字符数组的操作。stringstream、istringstream、ostringstream和stringbuf这些char型特化版本（及其模板类即basic_XXX形式）在头文件＜sstream＞中实现，用以执行std：string型的操作，关于string的介绍请参考稍后的内容。

上述如ios等指的是char型实例化后的类，对应的wchar_t版本的类只要在前面加上w即可，如wios和wiostream，如无特别说明，本章所讨论的是char型实例化的情况。

注意

＜strstream＞无法对wchar_t提供有效的支持，其中的内容已经被新的C++标准明确标明为“不要再使用”，推荐使用string版本的＜sstream＞来替代。

流可以看做是输入输出类库的对象，＜iostream＞文件中便预定义了如下4个用于char型操作的流对象。

❑cin：标准输入，istream类对象，从标准设备（键盘）中读入数据。

❑cout：标准输出，ostream类对象，向标准设备（显示器）输出或者写数据。

❑cerr：标准错误输出，ostream类对象，默认情况下，cerr不能重定向，即只能允许向屏幕设备写数据。这个流是没有缓冲区的，意味着信息会自动发送到设备，不会等到缓冲区填满或遇到换行符号。

❑clog：标准输出错误，从字面上看有记录的意思，在默认情况下同样不能重定向，只能输出到屏幕上，但这个流有缓冲区。

新的＜iostream＞中还定义了流对象wcin、wcout、wcerr和wclog，用以处理wchar_t型信息。

前面示例中经常使用的cout和cin是对象不是函数，也许这让你有些难以理解。实际上操作符＜＜和＞＞就是以友元方式重载在cout和cin类中，以实现内置类型的输入和输出的。举例来说，“cout＜＜x”相当于执行了“operator＜＜（cout,x）”。通过对操作符＜＜和＞＞重载，就能对自定义的类型进行输入或输出，这就是C++类库的可扩展性。