第11章+输入输出流类库

第11章输入输出流类库,本章导读,在C+语言中并没有输入/输出语句，其目的是为了最大限度地保证语言与平台的无关性。为了实现输入/输出操作，C+提供了两种方法：一是通过C+提供的与C语言兼容的输入/输出库函数；二是提供了功能强大的输入/输出流类库，在C+中应提倡使用输入/输出流类库来实现。数据从一个对象到另一个对象的传送被抽象为“流”。C+中，外部向内存提供数据的过程称输入流，数据提供者可以是输入设备，也可以是提供数据的文件。同样从内存向外发送数据的过程称输出流，数据接收者可以是输出设备，也可以是保存所接收数据的文件。,计算机的输入/输出主要操作对象是外部设备或数据文件。计算机的外部设备很多，其中键盘和显示器是最重要的输入/输出设备，C+中将键盘作为标准输入设备，显示器作为标准输出设备。在C+中，输入/输出是通过类来描述的，称作流类，提供流类实现的系统称输入/输出流类库。,本章提要：,1.流概述2.C+的基本流类体系3.标准输入/输出4.文件输入/输出5.文本文件的使用6.二进制文件的使用,11.2流概述,流是一个抽象的概念，数据从一个设备(或存储位置)到另一个对象(或存储位置)的传送通道抽象为“流”。1.流和标准流流是通过称作流类所定义的对象，而流类是用于完成输入/输出操作的类，该类由C+标准库函数iostream.h提供，如cin、cout等。,计算机硬件的五大部件中，输入/输出设备种类繁多，但键盘和显示器是最常用的输入/输出设备，C+中，把键盘和显示器定义为标准设备。在C+中，针对标准设备实现的输入/输出操作，称标准流。标准流有四个：cin、cout、cerr和clog。其中cin是标准输入流，实现从键盘输入数据；其他三个是标准输出流，实现从显示器输出数据（cerr和clog为标准错误信息输出流）。,2.流和缓冲在实现输入/输出时，计算机系统专门为输入/输出设备开辟一个临时存放信息的区域称缓冲区。引入缓冲的主要目的是为了提高系统的处理效率。在四个标准流中，除cerr为非缓冲流外，其他三个均为缓冲流。对于非缓冲流，一旦数据送入流中，立即进行处理。而对于缓冲流，只有当缓冲区满时，或当前送入换行字符时，系统才对流中的数据进行处理。通常情况下使用缓冲流，对于某些特殊场合，才使用非缓冲流。如果需要立即处理缓冲区中的信息，应强制刷新输出流，此时可在cout的输出项中使用刷新流flush。,3.流和文件文件是由文件名作为标识的一组有序数据的集合，文件通常存放在磁盘上，所以一般又称磁盘文件。C+提供了两种类型的流：文本流（TextStream）和二进制流（BinaryStream）。对应的数据文件也分为两种：文本文件和二进制文件。(1)文本文件：由字符的ASCII码组成，以字符为单位存取。文本文件也称为ASCII码文件。(2)二进制文件：由二进制数据组成，以字节为单位存取。二进制文件在传送时均采用二进制流。二进制流与设备上的输入输出一一对应，在数据传送时不需作任何变换。,11.3C+的基本流类体系,C+的输入/输出流类库包含在iostream.h头文件中。程序中需要完成基本输入/输出操作时，应包含iostream.h头文件,其流类体系见图。,1基类ios类ios是所有基本流类的基类,其它基本流类均由该类派生而来。2输入流类istream输入流类istream派生出istream_withassign类，输入流cin就是由istream_withassign定义的对象。3输出流类ostream输出流类ostream派生出ostream_withassign类，输出流cout就是由ostream_withassign定义的对象。4输入输出流类iostreamiostream流类是类istream和ostream共同派生的。,11.4标准输入/输出流,基本流类库定义了四个标准流：cin、cout、cerr、clog，以实现数据流的输入与输出操作。11.4.1标准输入流在C+流类体系中定义的标准输入流是cin，cin是由输入类istream的派生类istream_withassign定义的对象，cin所对应的是标准输入设备键盘，标准输入流cin通过重载“”运算符实现数据的输入操作，当执行输入操作时，cin可看作从标准输入流中提取与操作数相匹配的字符序列。cin为缓冲流。标准输入流实现提取操作时，系统将自动完成数据类型的转换。,例【11.1】使用流cin实现数据的输入。#includevoidmain(void)inta;couti;cout”i=”iendl;,11.4.2标准输出流,在C+流类体系中定义的标准输出流是cout、cerr、clog，它们是由输出类ostream的派生类ostream_withassign定义的对象，在缺省的情况下，cout、cerr、clog所联系的设备文件为显示器，即将数据流输出到显示器上。标准输出流cout、cerr、clog通过重载“”运算符执行数据的输出操作，执行输出操作看作向流中插入一个字符序列，因此将“r;clog”r=”3.14159*r*r”运算符来实现的。在C+中，允许用户根据需要自定义istream的对象，以实现通过其他设备输入数据。当程序中包含头文件iostream.h，系统将自动产生输入流cin。【例11.3】通过输入流cin分别输入十进制、八进制、十六进制数。,#includevoidmain()inta,b,c;coutdeca;coutoctb;couthexc;couta=aendl;coutb=bendl;coutc=cendl;,3.输出流格式控制,输出流cout与插入运算符“”输出数据时，可对输出数据的格式进行控制，包括输出宽度、输出位置(实现对齐)、精度、填充方式、进制格式等。(1)不同进制数输出C+中也有两种设置方式实现不同进制数的输出：使用setiosflags函数和使用C+预定义的格式控制符dec、oct、hex。【例11.4】用setiosflags函数与格式控制符dec、oct、hex，分别实现十进制、八进制和十六进制数的输出。,#include#includevoidmain()inti=100;coutdecitocti;coutthexiendl;coutdec;coutsetiosflags(ios:dec)it;coutsetiosflags(ios:oct)it;coutresetiosflags(ios:oct);coutsetiosflags(ios:hex)it;coutresetiosflags(ios:hex)iendl;,预定义格式控制函数setiosflags的一般格式为：setiosflags()其中：所表示的主要枚举量值如下：ios:dec指定输入/输出格式为十进制数（默认）ios:oct指定输入/输出格式为八进制数ios:hex指定输入/输出格式为十六进制数ios:skipws在输入中跳过空白ios:left左对齐，右边用指定填充字符填充ios:right右对齐，左边用指定填充字符填充（默认方式）ios:internal在符号或数制字符后进行填充ios:showpoint对浮点数显示小数点及尾部的0ios:showpos正数时显示正号符号(+)ios:scientific用科学记数法输出浮点数ios:fixed用小数点固定格式输出浮点数,(2)设置输出宽度及填充字符设置输出宽度有两种方法：通过由ios类中定义的输出格式控制成员函数width(intn)和预定义格式控制函数setw(intn)实现。这两个函数的int类型参数n是表示需输出数据的宽度。设置输出宽度时，还可以结合填充成员函数fill(charc)填充字符，其中字符c是需要填充的字符。width成员函数与fill成员函数均在头文件iostream.h中说明。而预定义格式控制函数setw在头文件iomanip.h中说明。,【例11.5】分别使用width成员函数和预定义格式控制函数setw控制输出宽度，同时通过函数fill填充字符。#include#includevoidmain()floatpi=3.14125;cout.width(10);coutpiendl;cout.width(10);cout.fill(#);coutpiendl;cout.fill();coutsetw(10)piendl;coutsetw(10);cout.fill(*);coutpiendl;,(3)控制数值输出精度浮点数输出时，其默认输出的精度为6位。当需要改变输出精度时，可通过预定义格式控制函数setprecision(intn)来设置，其中整型类型n，使用setiosflags(ios:fixed)设置定点输出方式时，是小数点后的有效位数。使用setiosflags(ios:scientific)设置科学记数输出方式时，是整个数值的位数(总长度)。,【例11.6】通过格式控制输出数值的有效位数。#include#includevoidmain()doublepi=314.12596;coutpiendl;/Acoutsetiosflags(ios:fixed)setprecision(6);coutpiendlresetiosflags(ios:fixed);/Bcoutsetiosflags(ios:scientific)setprecision(10);coutpiendlresetiosflags(ios:scientific);/C,(4)缓冲区与刷新流通过缓冲流实现输出时，只有当缓冲区满时，才对输出流中的数据进行处理。如果需要立即处理缓冲区中的信息，可通过强制刷新输出流，实现即时输出。在cout的输出项中可使用刷新流flush。,例【11.7】使用缓冲流cout和非缓冲流cerr实现输出情况的比较。#includevoidmain()inta=10;cerr通过cerr输出!n;/Acout通过cout输出!n;/Bcouta/0”和插入运算符“”实现输入/输出操作外，C+还提供一些相应的成员函数，实现数据的输入/输出操作。1.输入操作的成员函数(1)单个字符输入的成员函数输入单个字符的成员函数有两种格式：intistream:get();istream,例【11.8】分别使用两种格式输入字符。#includevoidmain()charc1,c2;c1=cin.get();cin.get(c2);coutc1tc2endl;,(2)字符串输入的成员函数字符串输入的成员函数也有两种格式：istream,例【11.9】分别使用两种格式输入字符串。#includevoidmain()charc1100,c2100;cin.get(c1,100);/Acin.getline(c2,100,u);/Bcoutc1c2”运算符重载，不可以通过成员函数实现。其原因是这两个运算符的左操作数不可能是该类的对象，而是流类的对象cin、cout等。（1）重载提取运算符“”的一般格式为：friendistream,重载提取运算符“”时，函数返回值必须是类istream的引用。非引用时，cin后面只能有一个提取运算符，如果要满足cin中可以连续使用“”运算符，则必须是引用。格式中，运算符重载函数的第一个参数也必须是类istream的引用，作为运算符的左操作数，第二个参数为自定义类的对象引用，作为运算符的右操作数。须注意，在重载提取运算符“”时，第二个参数必须是引用，否则在运算符重载函数中对对象的输入，无法返回到对应的实参对象。,（2）重载插入运算符“”类同，重载插入运算符“”时，函数返回值必须是类ostream的引用，这也是为了在cout中可以连续使用“”运算符。函数的第一个参数是类ostream的引用，第二个参数为自定义类的对象或对象引用。,【例11.12】重载提取和插入运算符，实现时间类的输入和输出。#includeclassTimeintHour,Minute,Second;public:Time(inth=0.0,intm=0.0,ints=0)Hour=h;Minute=m;Second=s;friendostream,ostream/B,11.5.1文件概述文件是由文件名标识的一组有序数据的集合，文件通常存放在磁盘上。在C+中，磁盘文件只是文件的一种，具体的外部设备，也可以抽象为文件，系统为每个外部设备都指定唯一的一个设备名(文件名)。这样对外部设备的操作也抽象为对文件的操作，对程序设计而言，只要掌握文件的操作，就可以实现对不同具体设备的操作，实现了语言与设备的无关。,11.5文件流,在C+中，文件分为两种：文本文件和二进制文件。(1)文本文件：由字符的ASCII码组成，以字符为单位存取。文本文件也称为ASCII码文件。(2)二进制文件：由二进制数据组成，以字节为单位存取。使用文件时，必须先打开文件，然后才能对文件进行读或写操作，操作完成后应关闭文件。,在C+头文件fstream.h中，定义了文件流类体系，文件流类体系如图。由图可知C+的文件流类体系是从C+的基本流类体系中派生出来的。当程序中使用文件时，需要包含头文件fstream.h。,11.5.2文件流类体系,11.5.3文件的使用方法,在C+中，文件的使用主要有打开、读/写、关闭文件等操作。使用文件首先需要通过文件输入流类ifstream、文件输出流类ofstream或文件输入/输出流类fstream定义文件流对象(也直接称文件流)，然后通过文件流调用对应的成员函数完成对文件的相关操作。,对文件的操作一般有三种情况：从文件读数据、向文件写数据、对文件既可读也可写操作。所有文件流都通过流类ifstream、ofstream、fstream定义。其中，ifstream只能用来定义读文件流对象，如：ifstreaminfile；ofstream只能用来定义写文件流对象，如：ofstreamoutfile；fstream用来定义既可读也可写的文件流对象，如：fstreamiofile。,1.打开文件使用一个文件时必须先将其打开，其目的是将一个文件流与一个具体的磁盘文件联系起来，然后通过相关的文件流提供的成员函数，实现数据的写入或读取。打开文件有二种方式：文件流通过open成员函数或在定义文件流对象时通过构造函数。(1)使用成员函数open打开文件三种文件流对应的open函数格式如下：voidifstream:open(constchar*,int=ios:in,int=filebuf:openprot);voidofstream:open(constchar*,int=ios:out,int=filebuf:openprot);voidfstream:open(constchar*,int,int=filebuf:openprot);,文件打开方式有以下八种：ios:in/按读（输入）方式打开文件,若文件不存在，则自动建立新文件ios:out/按写（输出）方式打开文件,若文件不存在，则自动建立新文件ios:ate/打开文件，使文件读写指针移到文件末尾ios:app/打开文件，不删除文件数据，将新数据增加到文件尾部ios:trunc/打开文件，并清除文件原有数据（默认方式）ios:nocreate/只能打开已存在文件，如文件不存在则打开失败。通常nocreate方式不单独使用，总是与读/写方式同时使用。,ios:noreplace/建立新文件，如文件已存在则建立失败ios:binay/必须明确指定binary方式打开文件，才是二进制文件，该标志总是与读或写同时使用，表示打开二进制文件。在使用上述打开方式时，可以把多种方式结合在一起使用，中间用|连接。如：ios:out|ios:app，表示按写（输出）方式打开文件，并把新写的数据添加到文件末尾。,提示：表示路径名的“”要用连续两个表示，第一个表示转义序列开始。如有文件e:testdata.txt，其路径名和文件名应表示为：e:testdata.txt。i通过open函数打开文件的语句为：ifstreaminfile;infile.open(e:testdata.txt);ofstreamoutfile;outfile.open(e:testdata.txt);fstreamiofile;iofile.open(e:testdata.txt,ios:in|ios:out);,(2)定义文件流对象时，通过构造函数打开文件在文件流类中，都带有缺省参数的构造函数，可以在定义文件流对象时，通过构造函数打开文件，格式为：ifstream:ifstream(constchar*,int=ios:in,int=filebuf:openprot);ofstream:ofstream(constchar*,int=ios:out,int=filebuf:openprot);fstream:fstream(constchar*,int,int=filebuf:openprot);,在定义文件流同时通过构造函数打开文件的语句为：ifstreaminfile(e:testdata.txt);ofstreamoutfile(e:testdata.txt);fstreamiofile(e:testdata.txt,ios:in|ios:out);提示：打开文件时，一般要判断打开是否成功。若文件打开成功，则文件流对象值将为非零值，若打开不成功，则文件流对象值为0。测试打开文件是否成功的程序段如下:ifstreaminfile(e:testdata.txt);if(!infile)coutch;从输入文件流infile所关联的文件e:testdata.txt中提取一个字符赋于变量ch。outfilech;将变量ch中字符插入到输出文件流outfile所关联的文件e:testdata.txt中去。,另一种方法是使用成员函数对文件进行读写操作。例如：charch;infile.get(ch);从输入文件流infile所关联的文件e:testdata.txt中读取一个字符赋于变量ch。outfile.put(ch);将变量ch中字符写入到输出文件流outfile所关联的文件e:testdata.txt中去。,3.关闭文件当文件读/写操作完成后，应该立即关闭所打开的文件。关闭文件由close成员函数完成。关闭文件的成员函数是：voidifstream:close();voidofstream:close();voidfstream:close();关闭文件时，系统将该文件内存缓冲区中的数据写到文件中，断开文件流对象和该文件名之间所建立的关联。使用时，通过文件流对象调用，如infile.close()。提示：关闭文件只是断开文件流对象与实际文件之间所建立的关联，其文件流本身并没有撤消，文件流对象还可以通过open函数与其他文件建立关联。,【例11.13】把1100的所有数据存放到文件data1.dat文件中。#includevoidmain(void)fstreamoutfile(data1.dat,ios:out);/ofstreamoutfile(data1.dat);/fstreamoutfile;/outfile.open(data1.dat,ios:out);for(inti=1;i=100;i+)outfileia;/Acouta”和插入运算符“ch)outfilech;infile.close();outfile.close();,【例11.16】使用get()函数和put()函数将例11.13中建立的data1.dat数据文件复制到data3.dat。#include#include#includevoidmain(void)ifstreaminfile(data1.dat,ios:in|ios:nocreate);/通过输入流类定义输入流infile，打开方式为输入并且文件已经/在指定位置存在，否则无法打开。ofstreamoutfile(data3.dat);,if(!infile)/打开文件时，如指定文件不存在，则表达式!infile为真值。cout不能打开data1.dat数据文件!n;exit(1);infile.unsetf(ios:skipws);charch;while(infile.get(ch)/Aoutfile.put(ch);/Binfile.close();outfile.close();,【例11.17】说明一个结构体类型，建立学生档案。#includestructstudentcharname10;charsex4;intage;floatcscore;,voidmain(void)students3=张敏,男,20,83,王平,男,21,78,刘丽,女,20,90;ofstreamoutfile(student.txt);/通过输出流类定义输出流outfile，/并通过构造函数与文件student.txt建立关联。for(inti=0;i3;i+)si.sexsi.agesi.cscoresi.sexsi.agesi.cscore;/通过提取运算符把数据文件中的数据读到数组各元素中。for(i=0;i3;i+)cout姓名:t性别:si.sext;cout年龄:si.agetc+课程成绩:si.cscoren;/通过标准输出流把数组各元素输出到屏幕。infile.close();,【例11.19】分别通过插入运算符、get()函数、getline()函数put（）函数实现对文字信息文本文件的输入/输出。#includevoidmain(void)charstr1100=Iamastudent!;charstr2100=Youareastudent!;charstr3100=Heisastudent!;charch;ofstreamoutfile(data4.txt);outfilestr1n;outfilestr2n;outfilestr3n;/通过插入运算符把字符串写入到文本文件,outfile.close();ifstreaminfile(data4.txt,ios:in|ios:nocreate);outfile.open(data4a.txt);while(infile.get(ch)outfile.put(ch);infile.close();outfile.close();infile.open(data4a.txt,ios:in|ios:nocreate);while(infile.getline(str1,100)coutstr1endl;infile.close();,11.7二进制文件的使用,在C+中，文件分为两种类型：文本文件和二进制文件。文件的类型不同，文件中数据的存放格式就不同，因此在对文件进行读写操作时，必须区分文本文件和二进制文件。在C+流类的基类中，提供了ios:binary打开方式标志。打开文件时，如果没有ios:binary标志，则表示是文本文件，反之是二进制文件。,11.7.1二进制文件的打开和关闭,打开二进制文件时，不论是通过open成员函数还是通过构造函数与文件建立联系，都须包含ios:binay标志。如通过open函数打开二进制文件的语句：ifstreaminfile;infile.open(e:testdata.txt,ios:in|ios:binary);ofstreamoutfile;outfile.open(e:testdata.txt,ios:out|ios:binary);fstreamiof;iof.open(e:testdata.txt,ios:in|ios:out|ios:binary);,通过构造函数打开二进制文件的语句：ifstreaminfile(e:testdata.txt,ios:in|ios:binary);ofstreamoutfile(e:testdata.txt,ios:out|ios:binary);fstreamiof(e:testdata.txt,ios:in|ios:binary);强调打开二进制文件，必须在第二参数中包含ios:binary标志。二进制文件的关闭方式与文本文件完全相同。,11.7.2二进制文件的读/写,1.read()函数对二进制文件的读操作通过read()成员函数实现。read()函数的格式如下：istream函数中第二个整型参数表示要读出数据的大小（单位是字节），第一个参数是字符型指针表示要读入的数据所存放的存储单元。,2.write()函数对二进制文件的写操作是通过write()成员函数实现。write()函数的格式如下：ostream函数中第二个整型参数表示要写入数据的大小（单位是字节），第一个参数也是字符型指针表示要准备写入数据所存放的位置。提示：在read()函数和write()函数中，第一个参数必须是字符指针，如果是其他类型则必须强制转换成字符指针类型。,3.eof()函数当读取二进制数据文件时，可通过eof()成员函数判断是否到文件结束位置。eof()成员函数的格式为：intios:eof();当读取数据到达文件结束位置时，eof()函数返回非零值，否则返回零值。eof()函数常用于读取数据时，判定数据是否读取完毕。,【例11.20】把1100的所有数据存放到二进制文件data5.dat中。#includevoidmain(void)ofstreamoutfile(data5.dat,ios:out|ios:binary);for(inti=1;i=100;i+)outfile.write(char*),【例11.21】把上例建立的二进制文件data5.dat中所有数据读出并显示在屏幕上。#include#includevoidmain(void)ifstreaminfile(data5.dat,ios:in|ios:binary);inta;while(!infile.eof()infile.read(char*),【例11.22】把例11.19建立的二进制文件data5.dat中所有数据，一次读出并显示在屏幕上。#include#includevoidmain(void)ifstreaminfile(data5.dat,ios:in|ios:binary);inta100;infile.read(char*)a,sizeof(int)*100);for(inti=0;i100;i+)coutait