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移除书签第27章 使用流进行输入和输出
在本书第 1章，您使用了 std::cout在屏幕上显示Hello World；实际上，从该章起您就一直在使用流。现在该给予C++的这部分应有的关注，从实用的角度介绍流。
在本章中，您将学习：
• 什么是流，如何使用它们；
• 如何使用流来读写文件；
• 有用的C++流操作。
27.1 流的概述
假设您要开发一个程序，它从磁盘读取数据、将数据显示到屏幕上、从键盘读取用户输入以及将数据存储到磁盘中。在这种情况下，倘若不管数据来自或前往什么设备或位置，都能以相同的方式处理读写操作，那该有多好！这正是C++流提供的功能。
C++流是读写（输入和输出）逻辑的通用实现，让您能够统一的模式读写数据。不管是磁盘或键盘读取数据，还是将输入写入显示器或磁盘，这些模式都相同。您只需使用合适的流类，类的实现将负责处理与设备和操作系统相关的细节。
再来看一下您编写的第一个程序（程序清单1.1）中相关的代码行：
std:cout 是 ostream 类的一个对象，用于输出到控制台。要使用 std::cout，需要包含提供它的头文件<iostream>，这个头文件还提供了std::cin，让您能够从流中读取数据。
那么，我说流让您能够以一致的方式访问不同的设备时，是什么意思呢？如果要将Hello World写入文本文件，可将同样的语法用于文件流对象fsHW：
正如您看到的，选择正确的流类后，将Hello World写入文件与将其显示到屏幕上并没有太大的不同。
用于写入流时，运算符<<被称为流插入运算符，可将其用于写入屏幕、文件等。用于将流中的数据写入变量时，运算符>>被称为流提取运算符，可将其用于从键盘、文件等读取输入。
接下来，本章将从实用的角度探讨流。
27.2 重要的C++流类和流对象
C++提供了一组标准类和头文件，可帮助您执行重要而常见的输入/输出操作。表27.1列出了您将经常使用的类。
表27.1 std命名空间中常用的C++流类
cout、cin和cerr分别是流类ostream、istream和ostream的全局对象。由于是全局对象，它们在main()开始之前就已初始化。
使用流类时，可指定为您执行特定操作的控制符（manipulator）。std::endl就是一个这样的控制符，您一直在使用它来插入换行符：
表27.2列出了其他几个控制符和标志。
表27.2 std命名空间中常用于流的控制符
27.3 使用std::cout将指定格式的数据写入控制台
std::cout用于写入到标准输出流，可能是本书前面使用得最多的流。下面更详细地介绍它，并使用一些控制符来改变数据的对齐和显示方式。
可以让cout以十六进制或八进制方式显示整数。程序清单27.1演示了如何使用cout以各种格式显示输入的数字。
程序清单27.1 使用cout和<iomanip>控制符以十进制、十六进制和八进制格式显示整数
输出：
分析：
这个代码示例使用了表27.2所示的控制符，以修改cout显示用户输入的整数Input的方式。注意到第10和11行使用了控制符oct和hex。第14行使用了setiosflags()让cout以十六进制方式（并使用大写字母）显示该数字，其结果是cout将253显示为OXFD。第18行使用了resetiosflags()，其效果是再次使用cout显示该整数时，将显示为十进制。要将显示整数时使用的基数改为十进制，也可使用下面这种方式：
对于诸如Pi等数字，可指定cout显示它们时使用的精度（小数点后面的位数），还可指定以定点表示法或科学表示法显示它们。程序清单27.2演示了如何设置这些格式。
程序清单27.2 使用cout以定点表示法和科学表示法显示Pi和圆面积
输出：
分析：
输出表明，第7行和第10行分别将精度设置为7和10后，显示的Pi值不同。另外，控制符scientific导致计算得到的圆面积被显示为 6.2731491429e + 002。
可使用setw()控制符来设置字段宽度，插入到流中的内容将在指定宽度内右对齐。在这种情况下，还可使用setfill()指定使用什么字符来填充空白区域，如程序清单27.3所示。
程序清单27.3 使用控制符setw()设置字段宽度，并使用setfill()指定填充字符
输出：
分析：
第8行使用了setw(35)，而第11行使用了setw(35)和setfill(‘*’)，输出说明了这样做的效果。从输出可知，第11行导致使用setfill()指定的星号来填充文本前的空白区域。
27.4 使用std::cin进行输入
std::cin多才多艺，让您能够将输入读取到基本类型（如int、double以及C风格字符串char*）变量中。您还可使用getline()从键盘读取一行输入。
27.4.1 使用std::cin将输入读取到基本类型变量中
使用cin可将标准输入读取到int、double和char变量中，程序清单27.4演示了如何读取用户输入的简单数据类型。
程序清单27.4 使用cin将输入读取到int变量中，将使用科学表示法的浮点数读取到double变量中，将三个字符分别读取到char变量中
输出：
分析：
在程序清单27.4中，最有趣的部分是，您使用指数表示法输入Pi的值时，cin也将其读取到了double变量Pi中。注意到可以使用一行代码将输入读取到三个字符变量中，如第15行所示。
27.4.2 使用std::cin:get将输入读取到char数组中
cin让您能够将输入直接写入int变量，也可将输入直接写入char数组（C风格字符串）：
写入C风格字符串缓冲区时，务必不要超越缓冲区的边界，以免导致程序崩溃或带来安全隐患，这至关重要。因此，将输入读取到char数组（C风格字符串）时，下面是一种更好的方法：
这种将文本插入到char数组（C风格字符串）的方式更安全，程序清单27.5演示了这一点。
程序清单27.5 插入到C风格字符串中时不超越其边界
输出：
分析：
从输出可知，只将用户输入的前 9 个字符读取到了 C 风格字符串中，这是因为第 8 行使用的是cin:get。处理C风格字符串时，这是最安全的方式。
尽可能不要使用C风格字符串和char数组；只要可能，就应使用std::string而不是char*。
27.4.3 使用std::cin将输入读取到std::string中
cin多才多艺，甚至可使用它将用户输入的字符串直接读取到std::string中：
程序清单27.6演示了如何使用cin将输入读取到std::string。
程序清单27.6 使用cin将文本插入到std::string中
输出：
分析：
输出表明，并未按程序设计的那样显示整个姓名。我在第8行使用了cin，希望Name存储整个姓名，而不仅仅是名字。为什么会这样呢？显然是由于cin遇到空白后停止插入。
要读取整行输入（包括空白），需要使用getline()：
程序清单27.7演示了如何结合使用getline()和cin。
程序清单27.7 使用getline()和cin读取整行用户输入
输出：
分析：
第8行的getline()确保不跳过空白字符，现在输出包含整行用户输入。
27.5 使用std::fstream处理文件
C++提供了std::fstream，旨在以独立于平台的方式访问文件。std::fstream从std::ofstream那里继承了写入文件的功能，并从std::ifstream那里继承了读取文件的功能。
换句话说，std::fstream提供了读写文件的功能。
要使用std::fstream类或其基类，需要包含头文件<fstream>：
27.5.1 使用open()和close()打开和关闭文件
要使用fstream、ofstream或ifstream类，需要使用方法open()打开文件：
open()接受两个参数：第一个是要打开的文件的路径和名称（如果没有提供路径，将假定为应用程序的当前目录设置），第二个是文件的打开模式。在上述代码中，指定了模式 ios_base::trunc（即便指定的文件存在，也重新创建它）、ios_base::in（可读取文件）和ios_base::out（可写入文件）。
注意到在上述代码中使用了is_open()，它检测open()是否成功。
别忘了关闭文件流以保存其内容，这至关重要。
还有另一种打开文件流的方式，那就是使用构造函数：
如果只想打开文件进行写入，可使用如下代码：
如果只想打开文件进行读取，可使用如下代码：
无论是使用构造函数还是成员方法open()来打开文件流，都建议您在使用文件流对象前，使用open()检查文件打开操作是否成功。
可在下述各种模式下打开文件流。
• ios_base::app：附加到现有文件末尾，而不是覆盖它。
• ios_base::ate：切换到文件末尾，但可在文件的任何地方写入数据。
• ios_base::trunc：导致现有文件被覆盖，这是默认设置。
• ios_base::binary：创建二进制文件（默认为文本文件）。
• ios_base::in：以只读方式打开文件。
• ios_base::out：以只写方式打开文件。
27.5.2 使用open()创建文本文件并使用运算符<<写入文本
有打开的文件流后，便可使用运算符<<向其中写入文本，如程序清单27.8所示。
程序清单27.8 使用ofstream新建一个文本文件并向其中写入文本
输出：
分析：
第7行以ios_base::out模式（即只写模式）打开文件。第9行检查open()是否成功，然后使用插入运算符<<写入该文件流，如第13和14行所示。最后，第17行关闭文件流。
程序清单27.8表明，写入文件的方式与使用cout写入到标准输出（控制台）的方式相同。这表明，C++流让您能够以类似的方式处理不同的设备：使用cout将文本显示到屏幕的方式与使用ofstream写入文件的方式相同。
要读取文件，可使用fstream或ifstream，并使用标志ios_base::in打开它。程序清单27.9演示了如何读取程序清单27.8创建的文件HelloFile.txt。
程序清单27.9 从程序清单27.8创建的文件HelloFile.txt中读取文本
输出：
鉴于程序清单27.9读取程序清单27.9创建的文本文件HelloFile.txt，因此您需要将该文件移到该项目的工作目录，或者将该程序清单合并到前一个程序清单中。
分析：
与往常一样，您使用is_open()检查第8行调用open()是否成功。请注意，这里没有使用提取运算符>>将文件内容直接读取到第18行使用cout显示的string，而是使用getline()从文件流中读取输入，这与程序清单27.7使用它来读取用户输入的方式完全相同：每次读取一行。
写入二进制文件的流程与前面介绍的流程差别不大，重要的是在打开文件时使用 ios_base::binary标志。通常使用ofstream::write和ifstream::read来读写二进制文件，如程序清单27.10所示。
程序清单27.10 将一个结构写入二进制文件并使用该文件的内容创建一个结构
输出：
分析：
第 22～31 行创建了结构 Human 的一个实例（该结构包含属性 Name、Age 和 BOD），并使用ofstream 将其持久化到磁盘中的二进制文件 MyBinary.bin 中。接下来，第 33～34 使用另一个类型为ifstream的流对象读取这些信息。输出的Name等属性是从二进制文件中读取的。该示例还演示了如何使用ifstream::read和ofstream::write来读写文件。注意到第29行使用了reinterpret_cast，它让编译器将结构解释为char*。第38行使用C风格类型转换方式，这与第29行的类型转换方式等价。
如果不是处于解释的目的，我将把结构Human及其属性持久化到一个XML文件中。XML是一种基于文本和标记的存储格式，在持久化信息方面提供了灵活性和可扩展性。
发布这个程序后，如果您对其进行升级，给结构Human添加了新属性（如NumChildren），则需要考虑新版本使用的 ifstream::read，确保它能够正确地读取旧版本创建的二进制数据。
27.6 使用std::stringstream对字符串进行转换
假设您有一个字符串，它包含字符串值45，如何将其转换为整型值45呢？如何将整型值45转换为字符串45呢？C++提供的stringstream类是最有用的工具之一，让您能够执行众多的转换操作。
要使用std::stringstream类，需要包含头文件<sstream>：
程序清单27.11演示了一些简单的stringstream操作。
程序清单27.11 使用std::stringstream在整型和字符串之间进行转换
输出：
分析：
该程序让用户输入一个整型值，并使用运算符<<将其插入到一个stringstream对象中，如第12行所示；然后，您使用提取运算符将这个整数转换为string，如第14行所示。接下来，您将存储在strInput中的字符串转换为整数，并将其存储到Copy中。
27.7 总结
本章从实用的角度介绍了流。您了解到，从本书开头起，您就一直在使用输入/输出流，如 cout和cin。现在，您知道了如何创建简单的文本文件以及如何读写这种文件。您了解到，stringstream可帮助您在简单类型（如整型）和字符串之间进行转换。
27.8 问与答
问：我发现，可使用fstream来读取和写入文件，那么什么情况下该使用ofstream和ifstream呢？
答：如果您的代码或模块只需读取文件，就应使用ifstream；同样，如果您的代码或模块只需写入文件，就应使用 ofstream。在这两种情形下，都可使用 fstream，但为确保数据和代码的完整性，最好像使用const那样采取更严厉的策略，不过并非必须这样做。
问：什么情况下应使用cin.get()？什么情况下应使用cin.getline()？
答：cin.getline()确保您捕获用户输入的整行，包括空白在内；cin.get()帮助您以每次一个字符的方式捕获用户输入。
问：什么情况下应使用stringstream？
答：stringstream提供了一种方便的途径，让您能够在整型及其他简单类型和字符串之间进行转换，程序清单27.11演示了这一点。
27.9 作业
作业包括测验和练习，前者帮助读者加深对所学知识的理解，后者提供了使用新学知识的机会。请尽量先完成测验和练习题，然后再对照附录D的答案。在继续学习下一章前，请务必弄懂这些答案。
1．在只需写入文件的情况下，应使用哪种流?
2．如何使用cin从输入流中获取一整行?
3．在需要将std::string对象写入文件时，应使用ios_base::binary模式吗？
4．使用open()打开流后，为何还要使用is_open()进行检查？
1．查错：找出下述代码中的错误：
2．查错：找出下述代码中的错误：
