iostream

C++提供输入/输出的標準函示庫

iostreamC++中用於數據的流式輸入與輸出頭文件,屬於C++標準程式庫的一部分。[1][2]

iostream 為 Input/Output Stream 的縮寫,即是輸入/輸出流。「流」是一連串從I/O設備讀寫的字符[3]

概述

流輸入輸出庫中的大部分類都是模板類,可以適用於不同的字符類型或操作函數(如字符比較)。常用的一些字符類型的流輸入輸出已經用typedef定義了相應的模板特化實例。

例如,basic_fstream<CharT,Traits>是文件流輸入輸出的實現的模板類。它的一個特化實例:fstreambasic_fstream<char,char_traits<char>>的類型別名,換句話說,這是basic_fstream的字符類型為char使用默認字符操作集的特化實例。

流輸入輸出庫中的類可分為兩類。一是定義了界面的抽象,適用於任何流類型,無論是文件流、內存緩存區流或者網絡socket流。二是對具體數據源與數據匯(sink)的流的實現。C++標準庫僅實現了文件流與內存緩衝區流。

流輸入輸出庫中的類依據是否實現底層或高層操作可分為兩類。實現了底層操作的類稱作流緩衝區(stream buffer),處理沒有任何格式化功能的字符。這些類極少被編程者直接使用。實現高層操作的類稱作流,並提供了不同的格式化能力,是構建於流緩衝區之上的。

下表列出了流輸入輸出庫的所有類的分類:

Class 解釋 Typedefs
Stream buffers (底層功能)
basic_streambuf 提供了底層的輸入輸出界面,被具體的數據源與匯實現。罕用
  • streambuf - 字符類型char
  • wstreambuf - 字符類型wchar_t
basic_filebuf 提供了文件流的底層的輸入輸出界面,被具體的數據源與匯實現。罕用
  • filebuf - 字符類型 char
  • wfilebuf -字符類型 wchar_t
basic_stringbuf 提供了字符文件流的底層的輸入輸出界面,被具體的數據源與匯實現。罕用
  • stringbuf - 字符類型char
  • wstringbuf - 字符類型wchar_t
Support classes
ios_base 管理格式化信息與異常狀態 不適用
basic_ios 管理流緩衝區
  • ios - 字符類型char
  • wios - 字符類型wchar_t
Input streams buffers (高層功能)
basic_istream 包裝一個抽象流緩衝區並提供高層輸入界面,如格式化能力
  • istream - 字符類型 char
  • wistream - 字符類型wchar_t
basic_ifstream 包裝一個文件流緩衝區並提供高層輸入界面,如打開關閉流
  • ifstream - 字符類型char
  • wifstream - 字符類型wchar_t
basic_istringstream 包裝一個字符串流緩衝區並提供高層輸入界面,如訪問基礎字符串
  • istringstream - 字符類型char
  • wistringstream - 字符類型wchar_t
Output streams buffers (高層功能)
basic_ostream 包裝一個抽象流緩衝區並提供高層輸出界面,如格式化能力
  • ostream - 字符類型char
  • wostream - 字符類型wchar_t
basic_ofstream 包裝一個文件流緩衝區並提供高層輸出界面,如打開關閉流
  • ofstream - 字符類型char
  • wofstream - 字符類型wchar_t
basic_ostringstream 包裝一個字符串流緩衝區並提供高層輸出界面,如訪問基礎字符串
  • ostringstream - 字符類型char
  • wostringstream - 字符類型wchar_t
Input/output streams buffers (高層功能)
basic_iostream 包裝一個抽象流緩衝區並提供高層輸入輸出界面,如格式化能力
  • iostream - 字符類型char
  • wiostream - 字符類型wchar_t
basic_fstream 包裝一個文件流輸入輸出緩衝區,並提供高層輸入輸出界面,如打開關閉文件
  • fstream - 字符類型char
  • wfstream - 字符類型wchar_t
basic_stringstream 包裝一個字符串流輸入輸出緩衝區,並提供高層輸入輸出界面,如訪問基礎字符串
  • stringstream - 字符類型char
  • wstringstream - 字符類型wchar_t

頭文件

  • <ios>包含着ios_basebasic_ios的類的定義,負責信息格式化與關聯的流緩衝區。
  • <istream>包含了basic_istream類模板定義,實現了格式化輸入
  • <ostream>包含了basic_ostream類模板定義,實現了格式化輸出
  • <iostream>包含了basic_iostream類模板定義,實現格式化輸入輸出
  • <fstream>包含了basic_ifstream, basic_ofstreambasic_fstream類模板定義,實現格式化文件流的格式化輸入、輸出
  • <sstream>包含了basic_istringstream, basic_ostringstreambasic_stringstream 類模板定義,實現格式化字符串流的輸入輸出
  • <iomanip>包含了格式化manipulator
  • <iosfwd>包含了所有的流輸入輸出庫的前向聲明(forward declaration)

支持類

ios_basebasic_ios是兩個類處理底層比特流。ios_base存儲格式化信息與流的狀態。basic_ios管理關聯的流緩衝區。basic_ios通常以特化實例ioswios出現。basic_iosios_base很少被程序員直接使用。通常,它們的功能通過其它派生的類,如iostream[4][5]

Typedefs

名字 描述
ios basic_ioschar類型特化
wios basic_ioswchar_t類型特化
streamoff 支持內部操作
streampos 保存緩衝器指針或文件指針的當前位置
wstreampos 保存寬字符版的緩衝器指針或文件指針的當前位置
streamsize 流的尺寸

格式化操縱符(manipulator)

名字 描述
boolalpha / noboolalpha 指示流中的bool類型變量是否以truefalse,還是以01形式出現
skipws / noskipws 指示輸入操作時空白符是否被跳過
showbase / noshowbase 指示數的基數記數標誌是否顯示
showpoint / noshowpoint 指示當浮點數小數部分為0時,是否顯示小數部分
showpos / noshowpos 指示對於正數是否顯示+符號
unitbuf / nounitbuf 指示輸出是否被緩衝
uppercase / nouppercase 指示在16進制整數或浮點數輸出時是否使用大寫字符
left / right / internal 指出對齊方式
dec / oct/ hex 指示顯示整數時的記數法
fixed / scientific/
hexfloat(C++11) /
defaultfloat(C++11)
指示浮點數顯示時的記數法

輸入/輸出流

iostream頭文件定義了輸入輸出流對象:cin, cout, cerr, clog分別為標準輸入、輸出、錯誤(無緩衝)、簿記(有緩衝)的流對象。都屬於std 名字空間[6]

ostream對象

cout屬於ostream類型,重載了左移位算符。cout左移位算符的運算結果為cout自身,這使得連續的左位移操作輸出一串數據成為可能。cerrclog對象是ostream類型。

istream對象

cinistream類型,重載了右位移算符。

輸入設備是按照行來把數據移入流輸入緩衝區。也就是說,鍵盤輸入數據時,只有按了換行鍵,這一行數據才進入緩衝區,可以讀取。

表達式cin >> ival從標準輸入讀入一個值。有兩種情況會使一個istream對象的bool轉型為false:讀到EOF(文件結束標誌)或遇到一個無效的值(輸入流進入fail狀態)。可以用該istream對象的成員函數good()來測試,或者直接(bool)cin來測試。

istream對象的bool轉型為false的情況下,此後的所有讀入動作都是無操作(nop)。直到調用istream對象的成員函數clear()來清除該對象的內部狀態。

缺省情況下,輸入操作符丟棄空白符、空格符、制表符、換行符以及回車。如果希望讀入上述字符,或讀入原始的輸入數據,一種方法是使用istream的get()成員函數來讀取一個字符,另一種方法是使用istream的getline()成員函數來讀取多個字符。istream的read(char* addr, streamsize size)函數從輸入流中提取size個連續的字節,並將其放在地址從addr開始的內存中。istream成員函數gcount()返回由最後的get()、getline()、read()調用實際提取的字符數。

輸入流有三個函數來測試流狀態:即bad(), fail()和eof()。ignore()用來拋掉制定個數的緩衝區中的字節。

其它的istream成員函數:putback( char c ) 將字符放回iostream;unget()往回重置「下一個」istream項;peek()返回下一個字符或EOF,但不要提取出來 。

輸出格式化

方法(函數)

width(int x) 下一個輸出的最小字符數目
fill(char x) 填充字符
precision(int x) 設置浮點數的有效數字的位數

操縱符(manipulator)

操縱符(manipulator)是使用<<>>算子修改流的對象.

endl "end line": 流中插入換行符並刷新(flush)流的輸出緩衝.
ends "end string": 向流中插入空字符(null character)並刷新(flush)流的輸出緩衝.
flush 強迫流的輸出緩衝寫出到輸出設備.
ws 導致輸入流吃掉空白(whitespace)
showpoint 指示流要顯示小數點與一些數字0

頭文件中iomanip還定義了一些manipulators。

批評

某些環境下並不提供共享版本的C++庫。導致程序要靜態編譯入C++標準庫,使得程序的尺寸變大。[7]

示例

使用C++寫成的 Hello World 程序如下所示:

#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
    cout << "Hello, world!" << endl;
    return 0;
}

在這段代碼中,文件 iostream 中聲明了程序所要輸入和輸出操作的有關信息。

下述代碼創建一個文件'file.txt'並寫入文本'Hello World':

#include <fstream>
int main()
{
    std::ofstream file;// can be merged to std::ofstream file("file.txt");
    file.open("file.txt");
    file << "Hello world!\n";
    file.close();// is not necessary because the destructor closes the open file by default
    return 0;
}

參考文獻

  1. ^ ISO/IEC 14882:2003 Programming Languages — C++. [lib.string.streams]/1
  2. ^ Stanley B. Lippman, Josee Lajoie. C++ Primer. Massachusetts: Addison-Wesley. 1999 - third edition: 1109–1112. ISBN 0-201-82470-1. 
  3. ^ C++ Primer (5th Edition). : 5. ISBN 0-201-72148-1. 
  4. ^ Stanley B. Lippman, Josee Lajoie. C++ Primer. Massachusetts: Addison-Wesley. 1999 - third edition: 1112–1120. ISBN 0-201-82470-1. 
  5. ^ <ios> Visual Studio 2010. Microsoft MSDN: Visual Studio 2010. [28 September 2011]. (原始內容存檔於2016-03-10). 
  6. ^ Holzner, Steven. C++ : Black Book. Scottsdale, Ariz.: Coriolis Group. 2001: 584. ISBN 1-57610-777-9. ...endl, which flushes the output buffer and sends a newline to the standard output stream. 
  7. ^ MinGW.org: Large executables. [22 April 2009]. (原始內容存檔於2020-07-04). 

外部連結