课件第8章的流类库

第八章C++的I/O流类库主要内容C++的流及流类库重载I/O运算符8.1C++的流及流类库1.C++的流 输入和输出是数据传送的过程，数据如流水从一处流向另一处。C++形象地将此过程称为流（stream）。

C++的输入输出流是指由若干字节组成的字节序列，这些字节中的数据按顺序从一个对象传送到另一个对象。流表示了信息从源到目的端的流动。1)输入流 在输入操作时，字节流从输入设备（如键盘、磁盘）流向内存，称为输入流。2)输出流

在输出操作时，字节流从内存流向输出设备（如显示器、打印机、磁盘等），称为输出流。

流中的内容可以是ASCII字符、二进制形式的数据、图形图像、数字音频视频或其它形式的信息。

3)输入输出流的本质

实际上，在内存中为每一个数据流开辟一个内存缓冲区，用来存放流中的数据。当用cout和插入运算符“<<”向显示器输出数据时，先将这些数据送到程序中的输出缓冲区保存，直到缓冲区满了或遇到endl，就将缓冲区中的全部数据送到显示器显示出来。在输入时，从键盘输入的数据先放在键盘的缓冲区中，当按回车键时，键盘缓冲区中的数据输入到程序中的输入缓冲区，形成cin流，然后用提取运算符“>>”从输入缓冲区中提取数据送给程序中的有关变量。4)流类

在C++中，输入输出流被定义为类。C++的I/O库中的类称为流类（streamclass）。用流类定义的对象称为流对象。

[例如]：

cin和cout就是iostream_withassign类的对象。2.流类库

C++流库是C++语言为完成输入/输出工作而预定义的类的集合。

C++的I/O流类库是用继承方法建立起来的一个输入输出类库，这些类构成一个层次结构的系统。 它具有两个平行类：即streambuf类和ios类，这两个类是基本类，所有的流类都可以由它们派生出来。1)streambuf类

streambuf类提供物理设备的接口，它提供缓冲或处理流的通用方法，几乎不需要任何格式。缓冲区由一个字符序列和两个指针组成，这两个指针是输入缓冲区指针和输出缓冲区指针，它们分别指向字符要被插入或取出的位置。

streambuf类提供对缓冲区的低级操作，如设置缓冲区、对缓冲区指针进行操作、从缓冲区取字符、向缓冲区存储字符。streambufstrstreambuffilebufconbuf streambuf有三个派生类，即filebuf、strstreambuf和conbuf，其成员函数大多采用内置函数方式定义，以提高效率。 下图为它们之间的层次关系。2)ios类

ios类是一个虚基类，它主要定义了用于格式化输入输出及出错的成员函数。

在ios类和它的各级派生类中，均含有一个指向流缓冲类streambuf的对象的指针。ios类（及其派生类）使用streambuf类以及从它派生的文件缓冲类filebuf和字符缓冲类strstreambuf进行输入输出。

常用ios流类的简要说明和类声明所在的头文件名见书第373页表13-1。iostreamiosistreamfstreambasestrstreambaseostreamistrstreamostrstreamofstreamifstreamstrstreamfstreamios流类层次图

在头文件iostream.h中，提供了4个预定义的标准流对象：externistream_withassigncin; //预定义代表标准输入设备键盘externostream_withassigncout; //预定义代表标准输出设备显示器externistream_withassigncerr;

//

预定义代表标准出错输出设备显示器externistream_withassignclog;

//预定义代表标准出错输出设备显示器。[说明]：

这四个标准流对象是程序中进行标准输入输出要用到的。cin对象是从标准输入设备（键盘）输入到内存的数据流，称为cin流或标准输入流。cout对象是从内存输入到标准输出设备（显示器）的数据流，称为cout流或标准输出流。cerr和clog均为向输出设备（显示器）输出出错信息。

在很多情况下，程序员需要控制输入输出格式。

C++提供了两种格式控制方法：

使用ios类中有关格式控制的成员函数；

使用称为控制符的特殊类型的函数。8.2格式化I/Oios类中有几个成员函数可以用来对输入输出进行格式控制。进行格式控制主要是通过对格式状态字、域宽、填充字符以及输出精度的操作来完成的。1.用ios类的成员函数进行格式控制C++可以给每个流对象的输入输出进行格式控制，以满足程序员对输入输出格式的需求。

输入输出格式由一个longint类型的格式状态字确定，状态字的各位都控制一定的输入输出特征。

在ios类的public部分定义了一个枚举，它的每个成员可以分别定义格式状态字的一个位，每一个位称为一个状态标志位。这个枚举的定义如下：1)

格式状态字enum{skipws=0x0001,left=0x0002,right=0x0004,internal=0x0008,dec=0x0010,oct=0x0020,hex=0x0040,showbase=0x0080,showpoint=0x0100,uppercase=0x0200,showpos=0x0400,scientific=0x0800,fixed=0x1000,unitbuf=0x2000,stdio=0x4000};

在ios类的说明中，定义了几个用于格式控制的公有成员函数，列举如下：

longios::flags();//返回当前格式状态字

longios::flags(long)://设置格式状态字并返回

longios::setf(long);//设置指定的标志位

longios::unsetf(long);//清除指定的标志位

intios::width();//返回当前显示数据的域宽

intios::width(int);//设置当前显示数据域宽并返回原域宽

charios::fill();

//返回当前填充字符2)ios类中用于控制输入输出格式的成员函数[例]：见书第376页例13-1。2.使用I/O操纵符进行格式控制

使用ios类的成员函数进行输入输出格式控制时，每个函数的调用需要写一条语句，而且不能将它们直接嵌入到输入输出语句中，使人感到不够简洁、方便。

C++提供另一种进行输入输出格式控制的方法，这一方法使用一种称为操纵符的特殊函数。在很多情况下，使用操纵符进行格式化控制比用ios格式标志和成员函数要方便。C++预定义的操纵符分为带参数的操纵符和不带参数的操纵符。通常，不带参数的操纵符在iostream文件中定义，而带参数的操纵符在iomanip文件中定义。

在进行输入输出时，操纵符被嵌入到输入或输出链中，用来控制输入输出格式，而不执行输入或输出操作。

定义在iostream头文件中的操纵符有：

endl输出时插入换行符并刷新流

ends输出时在字符串后插入空字符（NULL）作为尾符

flush刷新，把流从缓冲区输出到目标设备

ws输入时略去空白字符

dec以十进制形式输入或输出整型数

hex以十六进制形式输入或输出整型数

oct以八进制形式输入或输出整型数

定义在iomanip头文件中的操纵符有：

setbase(intn)设置转换基数为n(n取值为0、8、10或16)，缺省时为0，表示采用十进制形式输出

resetiosflags(longf)清除由参数f指定的标志位，用于输入输出

setiosflags(longf)设置参数f指定的标志位

setfill(charc)设置填充字符

setprecision(intn)设置浮点数精度(缺省为6)setw(intn)设置数据宽度

程序中如果使用带参数的操纵符，还必须使用预编译命令：＃include<iomanip>将需要的头文件包含进来。[例]：见书第379页例13-3。8.3重载I/O运算符 C++创建自己的流库的主要目的，就是用户自定义类型数据的输入输出也能像系统预定义类型数据的输入输出一样简单、方便，这是通过重载输入运算符“>>”和输出运算符“<<”来实现的。1.重载输出运算符“<<”1)一般格式：

ostream&operator<<(ostream&out,user-typeobj) {//操作代码

returnout; } [说明]：

由于重载输出运算符时，其函数中的第一个参数必须是输出流，因此重载输出运算符必须是非成员函数。2)示例：书第380页例13-4。书第381页例13-5。2.重载输入运算符“>>”1)一般格式：

istream&operator>>(istream&in,user-type&obj) {//操作代码

returnin; } [说明]：重载输入运算符时，函数中的第二个参数必须是一个引用；重载输入运算符必须是非成员函数。[例]：见书第382页例13-6。8.4文件流C++把文件看作是字符（字节）的序列，即由一个一个字符（字节）的数据顺序组成。根据数据的组织形式，可分为ASCII文件和二进制文件。

在C++中，进行文件操作：首先建立一个文件流，然后把这个流和实际的文件相关联，这称为打开文件；文件打开后，可以按要求进行读写操作，一般来说，在主存与外设的数据传输中，由主存到外设叫做输出或写，而由外设到主存叫做输入或读；完成输入输出后，还必须将已打开的文件关闭，即取消文件和流的关联。1.文件的打开和关闭1)文件的打开

文件使用时，必须先打开，后使用。打开文件时必须指定文件的打开方式。

C++为文件输入输出提供了3个类：ifstream、ofstream和fstream。与这三个类相对应，C++为文件输入输出提供了三种类型的流，即输入流、输出流以及输入/输出流。[例如]：

ifstreamin;//输入

ofstreamout;//输出

fstreamboth;//输入和输出

文件的打开有两种方式：用输入输出流的成员函数打开用构造函数打开

用流ifstream、ofstream和fstream类对象的成员函数方式打开文件。open()函数是这三个流类的成员函数，其原型为：

voidopen(constunsignedchar*,intmode,intaccess=filebuf::openprot);

其中第一个参数用来传递文件名，第二个参数mode的值决定文件的打开方式，第三个参数决定文件的保护方式，用户通常只使用缺省值。

用输入输出流的成员函数打开

打开方式是已经在ios类中定义了的枚举常量。常用的有：

ios::in打开一个文件用于输入（读）操作。

ios::out打开一个文件用于输出（写）操作

ios::ate打开一个已有的文件，文件指针指向文件尾。

ios::app以输出方式打开文件，写入的数据添加在文件末尾ios::trunc打开一个文件。如果文件已存在，则删除其中全部数据；如果文件不存在，则建立新文件。如果已指定了ios::out，而未指定ios::app、ios::ate、ios::in，则同时默认此方式。ios::nocreate打开一个已有的文件，如果文件不存在，则打开文件失败（即不创建一个新文件）。ios::noreplace如果文件不存在则建立新文件，如果文件存在，则打开失败。noreplace是不更新原有文件的意思。ios::binary指定文件以二进制方式打开，而不是缺省说明的文本方式。

用构造函数打开文件

用构造函数打开文件的格式是：ifstream对象名("文件名")ofstream对象名("文件名")fstream对象名("文件名"，打开方式)[例如]：

ofstreamfout(“mytest.txt”)；它相当于语句：

ofstreamfout；

fout.open("mytest.txt")；

只有在打开文件之后，才能对文件进行读写操作。如果由于某些原因打不开文件（即执行函数open()失败），则流变量的值将为0。因此，在对文件进行操作前，必须确保文件已打开，否则要进行相应的处理。

为了确认打开一个文件是否成功，可以使用类似下面的办法进行检测：ifstreamfin("mytest.txt")；//打开输入文件if(!fin){cout<<”Cannotopenfile!\n”

；

//错误处理代码}

为了确保文件操作的顺利进行，在打开文件时通常都要判断是否成功。2)文件的关闭

当对一个打开的文件操作完毕后，应及时调用文件流的成员函数来关闭相应的文件。具体格式为：流对象名.close();

其中流对象名为待关闭的文件流的对象名。close()函数不带任何参数，也不返回任何值。

文件流的对象通过文件打开函数，建立起文件名与该对象的联系后，就可对文件进行读、写操作，文件关闭后，就断开了文件流与对象间的联系。如果要对文件再次进行读、写，就要重新打开文件。2.文件的读写

当文件打开以后，即文件与流建立了联系后，就可以进行读写操作了。1)文本文件的读写对文本文件的读写操作可以用以下两种方法：用流输出运算符“<<”和流输入运算符“>>”输入输出标准类型的数据。用文件流的put、get和getline等成员函数进行字符的输入输出。

在对磁盘文件的操作中，可以通过文件流对象和运算符“<<”和“>>”实现对磁盘文件的读写，如同用cin、cout和<<、>>对标准设备进行读写一样，只是必须用与文件相连接的文件流代替cin和cout。

用流输出运算符“<<”和流输入运算符“>>”输入输出标准类型的数据。例13-7生成一个sqrtable.txt文件，该文件内容为100以内整数的平方根表，结果精确到小数点后4位。#include<fstream>#include<iostream>#include<iomanip>#include<cmath>usingnamespacestd;intmain(){ofstreamtable;table.open("sqrtable.txt");inti,j;if(!table){cout<<"Cannotopenoutputfile!\n";return1;}table<<"|";for(i=0;i<10;i++) table<<setw(5)<<i<<"";table<<endl;table<<"---+";for(i=0;i<10;i++)table<<"--------";table<<fixed<<setprecision(4);for(i=0;i<10;i++){table<<endl;table<<setw(2)<<i<<"|";for(j=0;j<10;j++)table<<setw(8)<<sqrt(10*i+j);}table.close();return0;}

用文件流的put、get和getline等成员函数进行字符的输入输出。

成员函数put用于输出一个字符，格式为：

输出流对象.put(ch);

成员函数get用于读入一个字符，它有3种形式：

输入流对象.get()；

输入流对象.get(ch);

输入流对象.get(字符数组或字符指针，字符个数n，终止字符)；

成员函数getline用于读入一行字符，其用法与带3个参数的get函数类似，即：

输入流对象.getline(字符数组或字符指针，字符个数n，终止字符)；例13-8将文件sqrtable.txt复制为文件mttable.txt。#include<fstream>#include<iostream>usingnamespacestd;intmain(){ charc; ifstreamfin("sqrtable.txt"); if(!fin) { cout<<"Cannotopeninputfile!\n"; return1; } ofstreamfout("mytable.txt"); if(!fout) { cout<<"Cannotopenoutputfile!\n"; return1; } while(fin.get(c)) fout.put(c); return0;}2)二进制文件的读写对二进制文件的读写主要用istream类的成员函数read和ostream类的成员函数write来实现的。这两个函数的原型如下：

istream&read(char*buffer,intlen);ostream&write(constchar*buffer,intlen);read是流类istream中的成员函数，其功能为：从相应的流中读取len个字节，并把它们放入指针buffer所指向的缓冲区中。

该函数有两个参数，其中第一个参数buffer是一个指针，它是读入数据的存放地址（起始地址）；第二个参数len是一个整数值，它是要读入的数据的字节数。其调用格式为：read(缓冲区首址，读入的字节数)，其中，“缓冲区首址”的数据类型为char*，当输入其他类型数据时，必须进行类型转换。例如：

intarrryi[]＝{100，200，300};read((char*)&arrayi[0]，sizeof(arrayi));[例]：见书第388页例13-9和13-10。3)文件的随机读写

随机存取文件（又称直接存取文件）在访问文件中的元素时，不必考虑各个元素的排列次序或位置，可以根据需要访问文件中的任一个元素。

为了进行随机存取，必须先确定文件指针的位置。在C++中，可以用以下几个函数来确定指文件指针位置。（1）seekg(pos);

seekp(pos);

这两个函数都是从文件头开始，把文件指针向后移动