第17章输入、输出和文件

本章概述

本章介绍C++的输入输出系统，包括iostream类层次结构、格式化输出、输入方法、文件I/O操作、文件打开模式、二进制文件处理以及内核格式化（字符串流）。掌握这些内容是进行实际C++编程的基础。

17.1 C++输入和输出概述

流和缓冲区

C++ I/O基于流（stream）的概念。流是程序与外部设备之间数据传输的抽象。

程序 ←→ 缓冲区 ←→ 流 ←→ 设备

缓冲区的作用：减少设备访问次数、批量传输数据、提高I/O效率。

iostream类层次

类	功能
`ios_base`	基类，定义格式常量等
`basic_ios<char>`	模板特化
`istream`	输入流
`ostream`	输出流
`iostream`	输入输出流
`ifstream`	文件输入
`ofstream`	文件输出
`fstream`	文件输入输出
`istringstream`	字符串输入
`ostringstream`	字符串输出
`stringstream`	字符串输入输出

重定向

bash

# 输出重定向
./program > output.txt

# 输入重定向
./program < input.txt

# 同时重定向
./program < input.txt > output.txt

17.2 使用cout进行输出

重载的<<运算符

cpp

cout << 42;           // int
cout << 3.14;         // double
cout << "Hello";      // char*
cout << 'A';          // char
cout << true;         // bool

// 指针输出
int x = 10;
int* p = &x;
cout << p;            // 输出地址

其他ostream方法

cpp

// put()输出单个字符
cout.put('A');

// write()输出字符串
const char* str = "Hello";
cout.write(str, 5);

// 链式调用
cout << "Hello" << " " << "World" << endl;

刷新输出缓冲区

cpp

cout << "Hello" << endl;   // 换行并刷新
cout << "Hello" << flush;  // 刷新缓冲区
cout << "Hello" << "\n";   // 换行但不刷新

// 自动刷新模式
cout << unitbuf;    // 每次输出后刷新
cout << nounitbuf;  // 正常缓冲

格式化输出

cpp

// 进制控制
cout << hex << 255 << endl;      // ff（十六进制）
cout << oct << 255 << endl;      // 377（八进制）
cout << dec << 255 << endl;      // 255（十进制）

// 精度控制
cout.precision(4);
cout << 3.14159 << endl;         // 3.142

// 浮点格式
cout << fixed << 3.14159 << endl;     // 3.141590
cout << scientific << 3.14159e5 << endl;  // 3.14159e+05

// 宽度和填充
cout.width(10);
cout.fill('*');
cout << 42 << endl;  // ********42

// 对齐方式
cout << left << 42 << endl;   // 42********
cout << right << 42 << endl;  // ********42

控制符	功能
`hex`, `oct`, `dec`	设置进制
`setprecision(n)`	设置精度
`setw(n)`	设置宽度
`setfill(c)`	设置填充字符
`left`, `right`	对齐方式
`fixed`, `scientific`	浮点数格式
`showpoint`	显示小数点
`showpos`	显示正号

17.3 使用cin进行输入

流状态

cpp

// 流状态位
ios_base::goodbit;   // 正常
ios_base::badbit;    // 严重错误
ios_base::failbit;   // 操作失败
ios_base::eofbit;    // 到达文件尾

// 检查状态
if (cin.good())  { /* 正常 */ }
if (cin.bad())   { /* 严重错误 */ }
if (cin.fail())  { /* 操作失败 */ }
if (cin.eof())   { /* 文件尾 */ }

// 清除错误状态
cin.clear();

// 忽略输入
cin.ignore(100, '\n');  // 忽略最多100个字符，直到换行

istream类方法

cpp

// get()读取单个字符（包括空白）
char ch;
cin.get(ch);

// getline()读取整行
char line[100];
cin.getline(line, 100);

// peek()查看下一个字符
char next = cin.peek();

// putback()放回字符
cin.putback(ch);

// read()读取二进制数据
char buffer[100];
cin.read(buffer, 100);

// gcount()获取上次读取的字符数
int count = cin.gcount();

17.4 文件输入和输出

简单的文件I/O

cpp

#include <fstream>

// 写入文件
ofstream outFile("output.txt");
outFile << "Hello, World!" << endl;
outFile << 42 << " " << 3.14 << endl;
outFile.close();

// 读取文件
ifstream inFile("input.txt");
string line;
while (getline(inFile, line)) {
    cout << line << endl;
}
inFile.close();

检查文件是否打开

cpp

ifstream inFile;
inFile.open("data.txt");

if (!inFile.is_open()) {
    cerr << "Cannot open file" << endl;
    return 1;
}

// 或使用bool转换
if (!inFile) {
    cerr << "Cannot open file" << endl;
    return 1;
}

文件模式

模式	说明
`ios_base::in`	读取（ifstream默认）
`ios_base::out`	写入（ofstream默认）
`ios_base::app`	追加模式
`ios_base::ate`	打开后定位到文件尾
`ios_base::trunc`	截断文件
`ios_base::binary`	二进制模式

cpp

// 追加模式
ofstream outFile("log.txt", ios_base::app);
outFile << "New log entry" << endl;

// 读写模式
fstream file("data.txt", ios_base::in | ios_base::out);

// 二进制模式
ofstream binFile("data.bin", ios_base::binary);
int data = 42;
binFile.write(reinterpret_cast<char*>(&data), sizeof(data));

随机存取

cpp

fstream file("data.txt", ios_base::in | ios_base::out);

// 定位
file.seekg(0, ios_base::beg);   // 文件开头
file.seekg(10, ios_base::cur);  // 当前位置+10
file.seekg(-5, ios_base::end);  // 文件尾-5

// 获取当前位置
streampos pos = file.tellg();

// 写入定位
file.seekp(0, ios_base::beg);
file.write("Hello", 5);

17.5 二进制文件

cpp

#include <fstream>

// 写入二进制文件
struct Record {
    int id;
    char name[20];
    double score;
};

Record r = {1, "Alice", 95.5};
ofstream outFile("data.bin", ios_base::binary);
outFile.write(reinterpret_cast<char*>(&r), sizeof(r));
outFile.close();

// 读取二进制文件
Record r2;
ifstream inFile("data.bin", ios_base::binary);
inFile.read(reinterpret_cast<char*>(&r2), sizeof(r2));
inFile.close();

17.6 内核格式化

cpp

#include <sstream>

// 字符串输出流——用于构造字符串
ostringstream oss;
oss << "Name: " << "Alice" << " Age: " << 25;
string result = oss.str();

// 字符串输入流——用于解析字符串
istringstream iss("10 20 30");
int a, b, c;
iss >> a >> b >> c;

// 类型转换
string str = "3.14";
istringstream converter(str);
double pi;
converter >> pi;  // 3.14

// 整数转字符串
ostringstream converter2;
converter2 << 42;
string numStr = converter2.str();  // "42"

17.7 总结

C++ I/O基于流和缓冲区模型
cout和cin用于标准输入输出，cerr用于错误输出
格式化控制符可控制输出的进制、精度、宽度和对齐
文件I/O使用ifstream、ofstream和fstream
二进制I/O使用read()和write()方法
随机存取使用seekg()和seekp()方法
内核格式化使用sstream进行字符串构建和解析

17.8 复习题

流和缓冲区的关系是什么？
如何检查文件是否成功打开？
文本模式和二进制模式有什么区别？
如何实现随机存取？

17.9 编程练习

编写程序读取文本文件并统计行数、单词数、字符数
编写程序将用户输入写入文件，然后读取并显示
编写程序使用二进制模式存储和读取学生记录

第17章 输入、输出和文件 ​

本章概述 ​

17.1 C++输入和输出概述 ​

流和缓冲区 ​

iostream类层次 ​

重定向 ​

17.2 使用cout进行输出 ​

重载的<<运算符 ​

其他ostream方法 ​

刷新输出缓冲区 ​

格式化输出 ​

17.3 使用cin进行输入 ​

流状态 ​

istream类方法 ​

17.4 文件输入和输出 ​

简单的文件I/O ​

检查文件是否打开 ​

文件模式 ​

随机存取 ​

17.5 二进制文件 ​

17.6 内核格式化 ​

17.7 总结 ​

17.8 复习题 ​

17.9 编程练习 ​