IO类

IO库类型

IO库类型主要包含在三个头文件中，iostream定义了用于读写流的基本类型，fstream定义了读写命名文件的类型，sstream定义了读写内存string对象的类型，具体如下图：

为了支持使用宽字符的语言，标准库定义了一组类型和对象来操纵wchar_t类型的数据。宽字符版本的类型和函数的名字以一个w开始。例如，wcin、wcout和 wcerr是分别对应cin、cout和cerr的宽字符版对象。

类型ifstream和istringstream都继承自istream。因此，我们可以像使用istream对象一样来使用ifstream和istringstream对象。也就是说，我们是如何使用cin的，就可以同样地使用这些类型的对象。例如，可以对一个ifstream或istringstream对象调用getline，也可以使用>>从一个ifstream或istringstream对象中读取数据。

IO对象不能进行拷贝或赋值。

由于不能拷贝IO对象，因此我们也不能将形参或返回类型设置为流类型。进行IO操作的函数通常以引用方式传递和返回流。读写一个IO对象会改变其状态，因此传递和返回的引用不能是const的。

条件状态

查询条件状态

IO操作一个与生俱来的问题是可能发生错误。一些错误是可恢复的，而其他错误则发生在系统深处，已经超出了应用程序可以修正的范围。

strm是一种IO类型，提供了一些标志来指示IO流的状态。

以下是IO类所定义的一些标志，用来表示IO流所处的的条件状态：

• strm::iostate：iostate是一种机器相关的类型，提供了表达条件状态的完整功能。
• strm::badbit：用来指出流已崩溃。
• strm::failbit：用来指出一个IO操作失败了。
• strm::eofbit：用来指出流到达了文件结束。
• strm::goodbit：用来指出流未处于错误状态。此值保证为零。

还有一些IO类的成员函数，可以帮助我们判断IO流的这些指示位的条件状态：

• s.eof()：若流s的eofbit置位，则返回true。
• s.fail()：若流s的failbit或badbit置位，则返回true。
• s.bad()：若流s的badbit置位，则返回true。
• s.good()：若流s处于有效状态，则返回true。
• s.clear()：将流s中所有条件状态位复位，将流的状态设置为有效，返回void。
• s.clear(flags)：根据给定的flags标志位，将流s中对应条件状态位复位，flags的类型为strm::iostate，返回void。
• s.setstate(flags)：根据给定的flags标志位，将流s中对应条件状态位置位，flags的类型为strm::iostate，返回void。
• s.rdstate()：返回流s的当前条件状态，返回值类型为strm::iostate。

一个流一旦发生错误，其上后续的IO操作都会失败。只有当一个流处于无错状态时，我们才可以从它读取数据，向它写入数据。

由于流可能处于错误状态，因此代码通常应该在使用一个流之前检查它是否处于良好状态，我们可以把读写操作作为while的条件来使用：

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while (cin >> word)
    // 读操作成功…

IO库定义了一个与机器无关的iostate类型，它提供了表达流状态的完整功能。它的每个位表达了一种IO出现的异常，我们可以通过上述函数来访问每个位的值。

badbit表示系统级错误，如不可恢复的读写错误。通常情况下，一旦badbit被置位，流就无法再使用了。在发生可恢复错误后，failbit被置位，如期望读取数值却读出一个字符等错误。这种问题通常是可以修正的，流还可以继续使用。如果到达文件结束位置，eofbit和failbit都会被置位。goodbit的值为0，表示流未发生错误。如果badbit、failbit和eofbit任一个被置位，则检测流状态的条件会失败。

管理条件状态

流对象的rdstate成员函数返回一个iostate值，对应流的当前状态，我们可以通过它保存下来流的当前值。还有clear成员函数可以用来复位流的状态。有如下例子：

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auto old_state = cin.rdstate();
cin.clear();
process_input(cin);
cin.setstate(old_state);

这样就先保存下了cin的状态，重置了cin的状态，正常使用cin后又恢复了之前保存的cin的状态。

输出缓冲

管理输出缓冲

每个输出流都管理一个缓冲区，用来保存程序读写的数据。实际上读写流的操作都操作的是缓冲区，其中输出流会将输出内容写到输出缓冲区，当刷新缓冲区时，内容才被真正输出（写入）。

导致缓冲区刷新的原因主要有：

• 程序正常结束，作为main函数的return操作的一部分，缓冲刷新被执行。
• 缓冲区满时，需要刷新缓冲，而后新的数据才能继续写入缓冲区。
• 可以使用操纵符如endl来显式刷新缓冲区。
• 在每个输出操作之后，我们可以用操纵符unitbuf设置流的内部状态，来清空缓冲区。默认情况下，对cerr是设置unitbuf的，因此写到cerr的内容都是立即刷新的。
• 一个输出流可能被关联到另一个流。在这种情况下，当读写被关联的流时，关联到的流的缓冲区会被刷新。例如，默认情况下，cin和cerr都关联到cout。因此，读cin或写cerr都会导致cout的缓冲区被刷新。

能够引起缓冲区刷新的操作符有enl、flush和ends：

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cout << "hi!" <<endl; // 输出hi和一个换行，然后刷新缓冲区
cout << "hi!" <<flush; // 输出hi，然后刷新缓冲区，不附加任何额外字符
cout << "hi! " <<ends; // 输出hi和一个空字符，然后刷新缓冲区

如果想在每次输出操作后都刷新缓冲区，我们可以使用unitbuf操纵符。它告诉流在接下来的每次写操作之后都进行一次flush 操作。而nounitbuf操纵符则重置流，使其恢复使用正常的系统管理的缓冲区刷新机制：

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cout << unitbuf;
cout << nounitbuf;

关联输入输出流

当一个输入流被关联到一个输出流时，任何试图从输入流读取数据的操作都会先刷新关联的输出流。

标准库将cout和cin关联在一起，因此下面语句将导致cout的缓冲区被刷新：

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cin >> ival;

使用输入流的成员函数tie可以管理其关联的输出流。

如果使用不带参数的tie函数，将返回本对象关联的输出流的指针，如果未关联输出流，将返回空指针。

如果使用带参数的tie函数，参数为指向一个输出流的指针，那么将把这个输出流关联到该输入流。

文件输入输出

使用文件流

文件流

头文件 fstream定义了三个类型来支持文件IO：ifstream从一个给定文件读取数据，ofstream向一个给定文件写入数据，以及fstream可以读写给定文件。

这些类型提供的操作与我们之前已经使用过的对象cin和cout的操作一样。

定义文件流

如下方式可以定义一个文件流：

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ifstream in(ifile);

ifile是文件名，既可以是string对象又可以是C风格字符串。这样就定义了一个文件输入流并打开了指定文件。

如果像这样定义一个空白的流，就是未绑定（打开）文件的：

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ofstream out;

打开和关闭文件

如果我们定义了一个空文件流对象，可以随后调用open来将它与文件关联起来：

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ofstream out;
out.open(ifile);

如果调用open失败，failbit会被置位。因为调用open可能失败，通常在进行了open操作之后使用if(out)进行open是否成功的检测。

一个文件只能由一个对象打开，试图打开已打开的文件会失败。为了将文件流关联到另外一个文件，或者让另一个文件流打开该文件，必须首先使用close关闭已经关联的文件：

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in.close();
in.open(ifile2);

此外，当使用带文件名参数来构造文件流时，文件会自动被打开，而不用额外的open操作，且当文件流被销毁时，其析构函数会自动调用close函数。

文件模式

指定文件模式

每次调用open时都会确定文件模式，如下例子：

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ofstream out; // 未指定文件打开模式
out.open ("scratchpad"); // 模式隐含设置为输出和截断
out.close();
out.open("precious", ofstream::app); // 模式为输出和追加
out.close();

第一个open调用未显式指定输出模式，文件隐式地以out模式打开。

通常情况下，out模式意味着同时使用trunc模式，当前目录下名为scratchpad的文件的内容将被清空。当打开名为precious的文件时，我们指定了append模式，文件中已有的数据都得以保留，所有写操作都在文件末尾进行。

以out模式打开文件会丢弃已有数据，因此想要追加数据应当以app模式打开。

文件模式类别

有以下文件模式：

• in：以读方式打开。
• out：以写方式打开。
• app：，追加，每次写操作前均定位到文件末尾。
• ate：打开文件后立即定位到文件末尾。
• trunc：截断文件。
• binary：以二进制方式进行IO。

使用文件模式时有以下规则：

• 只可以对ofstream或fstream对象设定out模式。
• 只可以对ifstream或fstream对象设定in模式。
• 只有当out也被设定时才可设定trunc模式。
• 只要trunc没被设定，就可以设定app模式。在app模式下，即使没有显式指定out模式，文件也总是以输出方式被打开。
• 默认情况下，即使我们没有指定trunc，以out模式打开的文件也会被截断。为了保留以out模式打开的文件的内容，我们必须同时指定app模式，这样只会将数据追加写到文件末尾；或者同时指定in模式，即打开文件同时进行读写操作。
• ate和binary模式可用于任何类型的文件流对象，且可以与其他任何文件模式组合使用。
• 与ifstream关联的文件默认以in模式打开；与ofstream关联的文件默认以out模式打开；与fstream关联的文件默认以in和out模式打开。

string流

sstream头文件定义了三个类型来支持内存IO，这些类型可以向string写入数据，从string读取数据，就像string是一个IO流一样。

istringstream从string读取数据，ostringstream向string写入数据，同时有以下操作是string流所特有的：

• strm.str()：返回strm所保存的string的拷贝。
• strm.str(s)：将string s拷贝到strm中，返回void。

声明一个istringstream的方式如下：

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istringstream record(s);

这样就把流record绑定到了string对象s上，就可以像使用cin一样使用record从s中读取数据了。

同样的，定义一个ostringstream的方式如下：

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ostringstream formatted;

这样可以像使用cout一样去使用formatted，向formatted输出内容，最后使用formatted.str()来将输出的内容获取出来，就是所输出的字符串了。