《C++高级编程》读书笔记（十三：C++ I/O揭秘）

1、参考引用

C++高级编程（第4版，C++17标准）马克·葛瑞格尔

2、建议先看《21天学通C++》这本书入门，笔记链接如下

21天学通C++读书笔记（文章链接汇总）

1. 使用流

1.1 流的含义

C++ 中预定义的流

在这里插入图片描述

缓冲的流和非缓冲的流的区别在于：前者不是立即将数据发送到目的地，而是缓冲输入的数据，然后以块方式发送，而非缓冲的流则立即将数据发送到目的地
- 缓冲的目的通常是提高性能，对于某些目的地(如文件)而言，一次性写入较大的块时速度更快
- 注意，始终可使用 flush() 方法刷新缓冲区，强制要求缓冲的流将其当前所有的缓冲数据发送到目的地
所有输入流都有一个关联的来源，所有输出流都有一个关联的目的地
有关流的另一个要点是：流不仅包含普通数据，还包含称为当前位置的特殊数据。当前位置指的是流将要进行下一次读写操作的位置

1.2 流的来源和目的地

流可应用于任何接收数据或生成数据的对象，C++ 中流可使用 3 个公共的来源和目的地：控制台、文件和字符串
- 1. 控制台
  - 控制台输入流允许程序在运行时从用户那里获得输入，使程序具有交互性
  - 控制台输出流向用户提供反馈和输出结果
- 2. 文件：文件流从文件系统中读取数据并向文件系统写入数据
  - 文件输入流适用于读取配置数据、读取保存的文件，也适用于批处理基于文件的数据等任务
  - 文件输出流适用于保存状态数据和提供输出等任务
  - 文件流包含 C 语言输出函数 fprintf()、fwrite() 和 fputs() 功能，及输入函数 fscanf()、fread() 和 fgets() 功能
- 3. 字符串：字符串流是将流隐喻应用于字符串类型的例子
  - 使用字符串流时，可像处理其他任何流一样处理字符数据
  - 使用流式语法为优化提供了机会，而且比直接使用 string 类方便
  - 字符串流包含 sprintf()、sprintf_s() 和 sscanf() 的功能，以及很多 C 语言字符串格式化函数的功能

1.3 流式输出

1.3.1 输出的基本概念

输出流定义在 <ostream> 头文件中，大部分程序都包含 <iostream> 头文件，该头文件包含输入流和输出流的头文件

使用输出流的最简单方法是使用 << 运算符

int i = 7;
cout << i << endl;

char ch = 'a';
cout << ch << endl;

string myString = "Hello World!";
cout << myString << endl;

// 输出
7
a
Hello World!

cout 流是写入控制台的内建流，控制台也称为标准输出。可将 << 的使用串联起来，从而输出多个数据段。这是因为 << 运算符返回一个流的引用，因此可以立即对同一个流再次应用 << 运算符
```
int j = 11;
cout << "The value of j is " << j << "!" << endl;
```
```
// 输出
The value of j is 11!
```
\n 和 endl 的区别是，\n 仅开始一个新行，而 endl 还会刷新缓存区
- 使用 endl 时要小心，因为过多的缓存区刷新会降低性能

1.3.2 输出流的方法

put() 和 write()
- put() 接收单个字符，write() 接收一个字符数组
- 传给这些方法的数据按照原本的形式输出，没有做任何特殊的格式化和处理操作
```
cout.put('a');

const char* test = "hello there\n";
cout.write(test, strlen(test));
```
flush()
- 向输出流写入数据时，流不一定会将数据立即写入目的地。大部分输出流都会进行缓冲，也就是积累数据，而不是立即将得到的数据写出去。缓冲的目的通常是提高性能，对于某些目的地(如文件)而言，与逐字符写入相比，一次性写入较大的块时速度更快（但是 cerr 输出流就不会缓存其输出）
- 显式要求流刷新缓存的方法是调用流的 flush() 方法
```
cout << "abc";
cout.flush();
cout << "def";
cout << endl;
```

1.3.3 处理输出错误

输出错误可能会在多种情况下出现：试图打开一个不存在的文件；因为磁盘错误导致写入操作失败，例如磁盘已满

调用流的 good() 方法可以判断这个流当前是否处于正常状态

if (cout.good()) {
      
      
    cout << "All good" << endl;
}

方法 fail() 在最近一次操作失败时返回 true，但没有说明下一次操作是否也会失败。例如，对输出流调用 flush() 后，可调用 fail() 确保流仍然可用
```
cout.flush();
if (cout.fail()) {
      
      
    cerr << "Unable to flush to standard out" << endl;
}
```
流具有可转换为 bool 类型的转换运算符。转换运算符与调用 !fail() 时返回的结果相同。因此，可将前面的代码段重写为
```
cout.flush();
if (!cout) {
      
      
    cerr << "Unable to flush to standard out" << endl;
}
```

还可要求流在发生故障时抛出异常。然后编写一个 catch 处理程序来捕捉 ios_base::failure 异常，然后对这个异常调用 what() 方法，获得错误的描述信息，调用 code() 方法获得错误代码

cout.exceptions(ios::failbit | ios::badbit | ios::eofbit);
try {
      
      
    cout << "Hello World." << endl;
} catch (const ios_base::failure& ex) {
      
      
    cerr << "Caught exception: " << ex.what() << ", error code = " << ex.code() << endl;
}

通过 clear() 方法重置流的错误状态
```
cout.clear();
```

1.4 流式输入

1.4.1 输入的基本概念

通过输入流，可采用两种简单方法来读取数据。第一种方法类似于 << 运算符，<< 向输出流输出数据。读入数据对应的运算符是 >>，通过 >> 从输入流读入数据时，代码提供的变量保存接收的值
```
string userInput;
cin >> userInut;
cout << "User input was " << userInput << endl;
```
- 默认情况下 >> 运算符根据空白字符对输入值进行标志化。例如，如果用户运行以上程序，并键入 hello there 作为输入，那么只有第一个空白字符 (在这个例子中为空格符) 之前的字符才会存储在 userInput 变量中，输出如下
```
User input was hello // 在输入中包含空白字符的一种方法是使用 get()
```

通过输入流可以读入多个值，并且可根据需要混合和匹配类型

>> 运算符会根据空白字符符号化，因此 getReservationData() 函数不允许输入带有空白字符的姓名。一种解决方法是使用 unget() 方法

void getReservationData {
      
      
    string guestName;
    int partySize;
    cout << "Name and number of guests: ";
    cin >> guestName >> partySize; // 使用 cin 会立即刷新 cout 缓存区
    cout << "Thank you, " << guestName << "." << endl;
}

1.4.2 处理输入错误

输入流提供了一些方法用于检测异常情形。大部分和输入流有关的错误条件都发生在无数据可读时。例如，可能到达流尾(称为文件末尾，即使不是文件流)。查询输入流状态的最常见方法是在条件语句中访问输入流。例如，只要 cin 保持在 “良好” 状态，下面的循环就继续进行
```
while (cin) {
      
      
    // ...
}

// 同时还可输入数据
while (cin >> ch) {
      
      
    // ...
}
```
还可在输入流上调用 good()、bad() 和 fail() 方法，就像输出流那样

1.4.3 输入方法

get()

get() 方法允许从流中读入原始输入数据。get() 的最简单版本返回流中的下一个字符，其他版本一次读入多个字符。get() 常用于避免 >> 运算符的自动标志化（可包含空格）

string readName(istream& stream) {
      
      
    string name;
    while (stream) {
      
      
        int next = stream.get();
        // ...
    }
}

unget()
- 调用 unget() 会导致流回退一个位置，将读入的前一个字符放回流中。调用 fail() 方法可查看 unget() 是否成功。例如，如果当前位置就是流的起始位置，那么 unget() 会失败
putback()
- putback() 和 unget() 一样，允许在输入流中反向移动一个字符。区别在于 putback() 方法将放回流中的字符接收为参数
```
char ch1;
cin >> ch1;
cin.putback('e'); // 'e' 将是从流中读出的下一个字符
```
peek()
- 通过 peek() 方法可预览调用 get() 后返回的下一个值
- 非常适合于：在读取前需要预先查看一个值的场合
getline()
- 从输入流中获得一行数据是一种常见需求，有一个方法能完成这个任务：getline() 方法用一行数据填充字符缓存区，数据量最多至指定大小，指定的大小中包括 \0 字符。因此，下面的代码最多从 cin 中读取 kBufferSize - 1 个字符，或者读到行尾为止
```
char buffer[kBufferSize] = {
      
      0};
cin.getline(buffer, kBufferSize);
```
- 还有一个用于 C++ 字符串的 std::getline() 函数。该函数定义在 <string> 头文件和 std 名称空间中，接收一个流引用、一个字符串引用和一个可选的分隔符作为参数。该版本 getline() 函数的优点是不需要指定缓存区的大小
```
string myString;
std::getline(cin, myString);
```

2. 字符串流

可通过字符串流将流语义用于字符串，通过这种方式，可得到一个内存中的流来表示文本数据
- 例如，在 GUI 应用程序中，可能需要用流来构建文本数据，但不是将文本输出到控制台或文件中，而是把结果显示在 GUI 元素中，例如消息框和编辑框
- 另一个例子是，要将一个字符串流作为参数传给不同函数，同时维护当前的读取位置，这样每个函数都可以处理流的下一部分。字符串流也非常适合于解析文本，因为流内建了标记化的功能

std::ostringstream 类用于将数据写入字符串，std:istringstream 类用于从字符串中读出数据。这两个类都定义在 <sstream> 头文件中。ostringstream 和istringstream 把同样的行为分别继承为 ostream 和 istream

ostringstream outStream;
while (cin) {
      
      
    string nextToken;
    cin >> nextToken;
    outStream << nextToken << "\t";
}

Muffin creatMuffin(istringstream& stream) {
      
      
    string description;
    int size;
    bool hasChips;

    // ...

    stream >> description >> size >> boolalpha >> hasChips;
}

相对于标准 C++字符串，字符串流的主要优点是除了数据之外，这个对象还知道从哪里进行下一次读或写操作，这个位置也称为当前位置。与字符串相比，字符串流的另一个优势是支持操作算子和本地化，格式化功能更加强大

3. 文件流

文件本身非常符合流的抽象，因为读写文件时，除数据外，还涉及读写的位置。在 C++ 中，std:ofstream 和 std::ifstream 类提供了文件的输入输出功能。这两个类在 <fstream> 头文件中定义
输出文件流和其他输出流的唯一主要区别在于：文件流的构造函数可以接收文件名以及打开文件的模式作为参数
- 默认模式是写文件 (ios base:out)，这种模式从文件开头写文件，改写任何已有的数据
- 给文件流构造函数的第二个参数指定常量 ios base::app，还可按追加模式打开输出文件流