C++ Stream(流)
来源:互联网 发布:淘宝商家怎么改头像 编辑:程序博客网 时间:2024/06/07 06:45
原文地址:http://yxyxp2008.gdgwiki.com/archives/641
GDC注:看了《C++ Primer》(第四版)的第8章——标准IO库。对于流这个概念有了进一步的了解。在C++的世界里,将底层的那些设备的操作都抽象为流,即对内存、磁盘和显示器的操作都加上一层封装——流,然后程序员只需要对流操作即可,不需要关心底层的硬件。既然涉及到硬件,那么总会伴随着一些问题,C++同样将这些硬件的各种状态抽象为流的4种状态——bad、fail、eof和good。好了,到此,就差不多了。掌握了流的操作和流的状态,那么就可以很好的利用C++来处理底层硬件操作了。其实大部分的时候,我们都不会注意流的状态,只是需要知道的是当操作流的时候出现了问题,可以在流的状态方面有一个关注。
这只是我自己的一些想法。由于太懒,还是到网上搜一下这方面写的比较好的文章,深入学习一下。
C++流概述
在程序设计中,数据输入/输出(I/O)操作是必不可少的,C++语言的数据输入/输出操作是通过I/O流库来实现的。C++中把数据之间的传输操作称为流,流既可以表示数据从内存传送到某个载体或设备中,即输出流,也可以表示数据从某个载体或设备传送到内存缓冲区变量中,即输入流。
C++流涉及以下概念:
- 标准I/O流:内存与标准输入输出设备之间信息的传递;
- 文件I/O流:内存与外部文件之间信息的传递;
- 字符串I/O流:内存变量与表示字符串流的字符数组之间信息的传递。
STL中定义的流类:
流类分类流类名称流 类 作 用流基类ios所有流类的父类,保存流的状态并处理错误输入流类istream输入流基类,将流缓冲区中的数据作格式化和非格式化之间的转换并输入 ifstream文件输入流类 istream_withassigncin输入流类,即操作符>>输入流 istrstream串输入流类, 基于C类型字符串char*编写 istringstream串输入流类, 基于std::string编写输出流类ostream输出流基类,将流缓冲区中的数据作格式化和非格式化之间的转换。并输出 ofstream文件输出流类 ostream_withassignCout、cerr、clog的输出流类,即操作符<<输出流 ostrstream串输入流类, 基于C类型字符串char*编写 ostringstream串输入流类, 基于std::string编写输入/输出流类iostream多目的输入/输出流类的基类 fstream文件流输入/输出类 strstream串流输入/输出类, 基于C类型字符串char*编写 stringstream串流输入/输出类, 基于std::string编写注,对于串流,提供了两套类,一个基于C类型字符串char *编写(定义于头文件strstream),一个基于std::string编写(定义于sstream), 后者是C++标准委员会推荐使用的。另外看一些资料,都说还定义了文件流和串流的基类fstreambase和strstreambase,而且描述ofstream继承于ostream和fstreambase,但没有找到,于是省略了。可搜索关键字(fstreambase或strstreambase)查看详情。
预定义标准流对象:
istream &cin; //键盘
ostream &cout; //屏幕
ostream &cerr; //屏幕
ostream &clog; //打印机
wistream &wcin;
wostream &wcout;
wostream &wcerr;
wostream &wclog;
C++中读取string对象
1.标准输入读取:cin >> string
a.忽略开头所有的空白字符(空格、换行、制表符等);
b.读取字符直至再次遇到空白字符,读取终止;
2.读取整行文本:getline(istream, string)
a.不忽略开头的空白字符;
b.读取字符直至遇到换行符,如果第一个字符是换行符,则返回空string;
c.返回时丢弃换行符,换行符不存储在string中。
STL C++中string、ifstream、stringstream的使用
1、从标准输入接受字符串,然后进行相关处理
#include<iostream>
#include<sstream>
#include<string>
using namespace std;
int main()
{
string s; //定义一个stirng对象,从标准输入接受一个字符串
cout<<"请输入一行字符串:"<<endl;
getline(cin,s);
stringstream ss(s); //定义一个string流(使用s实例化)
cout<<"处理后的字符串为:"<<endl; //将string流里的东西输出
for(string s1;ss>>s1;cout<<s1<<endl);
return 0;
}
运行结果如下:
请输入一行字符串:
you are a good boy
处理后的字符串为:
you
are
a
good
boy
根据前文所说“忽略开头空白字符,读取字符直至再次遇到空白字符为止”,这样的结果不难理解。
2、从文件读入字符串,然后进行相关处理
#include<iostream>
#include<sstream>
#include<string>
#include<fstream>
using namespace std;
int main()
{
ifstream fin("test.in"); //定义一个文件输入流,从文件中读取数据
if(!fin)
{
cout<<"can not open the input file";
return -1;
}
string s; //定义一个string,获取文件输入流中的一行
while(getline(fin,s))
{
stringstream ss(s); //定义一个string流(使用一个string对象填充)
int a,b;
ss>>a;ss>>b; //将string流中的两个值分别读入a、b中
cout<<"该行数据和为:"<<a+b<<endl;
}
return 0;
}
test.in文件内容如下:
1 10
2 100
3 8
4 9
运行结果为:
该行数据和为:11
该行数据和为:102
该行数据和为:11
该行数据和为:13
其中,getline函数原型如下:
template<class E, class T, class A>
basic_istream<E, T>& getline(basic_istream <E, T>& is,
basic_string<E, T, A>& str);
template<class E, class T, class A>
basic_istream<E, T>& getline(
basic_istream <E, T>& is,
basic_string<E, T, A>& str,
E delim);
第二个重载函数很有意思,结尾是char, 或wchar型的一个分隔符,如果设为’\n’,则为以换行符为分隔,如果设为’,',则为以逗号为分隔。由此,虽然C++中的字符串没有分割函数,如果是从文件中读取出被特定分隔符分隔的文本,那么就可以用此方法,如:
std::ifstream file;
file.open("tt.txt");
std::string s,t;
while(std::getline(file,s)) //按行读取
{
std::stringstream strs(s); //把行装到另一个流中
while(std::getline(strs,t,’,')) //把流按分隔符实现分割
std::cout<<t<<std::endl;
}
file.close();
上面的程序相当于将整个文本先按行分割,再按分隔符分割,也可以变换一下,只按分隔符分割,然后过滤掉按行符,换行符与某元素连在了一起,并处于开头。
C++的流操作复制文件
写.wrl, .obj文件格式转换时用到,记录一下相关方法
使用C++标准程序库的输入输出流(I/O Stream)复制文件,存在许多的方法,
方法一:逐个字符复制
#include < fstream >
std::ifstream input("in",ios::binary);
std::ofstream output("out",ios::binary);
char ch;
while (input.get(ch)) output << ch;
注意:如果使用input>>ch读取字符,则必须先调用input.unsetf(ios::skipws)取消输入流默认的跳过空白符(空格、换行、制表符等)的输入格式,因为换行符是空白符的一种。另外,对于ofstream对象,默认的操作方式是ios_base::out | ios_base::trunc,即输出和文件清空!
方法二:逐行复制
#include < fstream >
#include < string >
std::ifstream input("in",ios::binary);
std::ofstream output("out",ios::binary);
std::string line;
while (getline(input,line)) output << line << "\n";
注意:这里的代码有一个小小的缺陷,如果文件不是纯文本格式的文件,或者文本文件的最后没有换行符,那么会导致复制后的文件末尾添加了一个多余的换行符。
方法三:迭代器复制
#include < fstream >
#include < iterator >
#include < algorithm >
std::ifstream input("in",ios::binary);
std::ofstream output("out",ios::binary);
input.unsetf(ios::skipws);
copy(istream_iterator(input),istream_iterator(),ostream_iterator(output,""));
同样这里也有一个小技巧,输入流的格式默认为跳过空白字符,因此调用unsetf取消这个格式,才可保证正确的复制。见后方中字符串缓冲与文件缓冲类的定义,文件缓冲类没有定义自己的迭代器,所以就用了
方法四:缓冲区复制
#include < fstream >
std::ifstream input("in",ios::binary);
std::ofstream output("out",ios::binary);
output << input.rdbuf();
这里直接使用了输入流的缓冲区,因此没有引入额外的临时对象。
很显然,上述四种方法中,最后一种方法最简洁,由于直接操作输入流的缓冲区,从运行效率上来说,也比其他方法有着略微的优势(当然,由于操作系统可能提供了 额外的基于设备的文件缓冲机制,也许你无法证实这一点)。因此,除非要对输入内容进行处理,直接复制文件推荐最后一种方法,既不容易出错,又能获得良好的性能。
另外,对文件进行更改、删除、插入等操作,可以直接用以上方法也可以先把文件读入vector<string>,处理后再输出,不过当文件很大的时候,vector占用内存空间较大,而且输出时会破坏原文件格式,尽量不使用。
以上是几种同种流(文件流)之间的数据复制的方式,字符串流与文件流之间也可以以此方式进行复制。另外,再看一下get函数:
int_type get();
basic_istream& get(E& c);
basic_istream& get(E *s, streamsize n);
basic_istream& get(E *s, streamsize n, E delim);
basic_istream& get(basic_streambuf<E, T> *sb);
basic_istream& get(basic_streambuf<E, T> *sb, E delim);
delim表示结束符,前文中讨论的流分割函数还记得吧?又多了种方法,估计get与全局函数getline(不是那个成员函数,成员函数要求给出streamsize,而全局的就不用)实现得差不多。默认的也是’\n’,按行分隔。
C++流缓冲区的应用——输出文件内容的方法举例
简单讨论C++流对象的底层缓冲区,并举例介绍如何使用该缓冲区进行文件内容的输出
C++标准库封装了一个缓冲区类streambuf,以供输入输出流对象使用。每个标准C++输出输出流对象都包含一个指向streambuf的指针,用户可以通过调用rdbuf()成员函数获得该指针,从而直接访问底层streambuf对象。因此,可以直接对底层缓冲区进行数据读写,从而跳过上层的格式化输入输出操作。
template <class Elem, class Traits> class basic_ios
: public ios_base {
basic_streambuf<_Elem, _Traits>*_Mystrbuf;
//C++标准库封装了一个缓冲区类streambuf。
_Mysb * rdbuf() const
{ // return stream buffer pointer
return (_Mystrbuf);
}
//使调用者与参数(流缓冲指针)关联,
//返回自己当前关联的流缓冲区指针, 可用来重定向等
_Mysb * rdbuf(_Mysb *_Strbuf)
{ // set stream buffer pointer
_Mysb *_Oldstrbuf = _Mystrbuf;
_Mystrbuf = _Strbuf;
return (_Oldstrbuf);
}
};
对象通过调用rdbuf()获得了底层streambuf对象的指针,也就可以通过该指针调用streambuf支持你各种操作进行输入输出。在这里主要介绍如何利用该指针实现文件内容的输出。
对于文件流类和字符串流类,分别派生了相应的流缓冲区类型:
template<class _Elem,
class _Traits> class basic_streambuf; typedef basic_streambuf<char, char_traits<char> > streambuf; typedef basic_streambuf<wchar_t, char_traits<wchar_t> > wstreambuf;
template <class Elem, class Tr = char_traits<Elem>, class Alloc = allocator<Elem> > class basic_stringbuf :
public basic_streambuf<Elem, Tr>
typedef basic_stringbuf<char, char_traits<char>, allocator<char> > stringbuf; typedef basic_stringbuf<wchar_t, char_traits<wchar_t>, allocator<wchar_t> >wstringbuf;
template <class Elem, class Tr = char_traits<Elem> > class basic_filebuf : public basic_streambuf<Elem, Tr>
typedef basic_filebuf<char, char_traits<char> > filebuf;
typedef basic_filebuf<wchar_t, char_traits<wchar_t> > wfilebuf;
输出流提供了一个重载版本operator<<,它以streambuf指针为参数,实现把streambuf对象中的所有字符输出到输出流出中;输入流也提供了一个对应的operator>>重载版本,把输入流对象中的所有字符输入到streambuf对象中。输入流的get成员重载版本中还有以streambuf指针为参数的版本,也可以用来把输入流的东西写入到输出流缓冲区中。
下面用三种方法实现把一个文件的内容输出标准输出(当然还可以通过普通的标准格式化输入输出完成):
方法一:通过operator<<
#include <iostream>
#include <fstream>
using namespace std;
int main()
{
ifstream fin("source.dat");
cout<<fin.rdbuf();return 0;
}
方法二:利用get成员函数
ifstream fin("source.dat");
while (!fin.get(*cout.rdbuf()).eof()) { // extract a line input
if (fin.fail()) // blank line
fin.clear();
cout<<char(fin.get()); // extract '\n'
}
代码解释:由于上面代码中的get版本在遇到’\n’字符时,结束提取,所以需要用循环实现整个文件内容的输出。另外,当此版本get函数遇到空行时,因为没有提取到任何字符(注意:get不提取回车符),注意会设置失败标志ios::failbit,所以此时应当调用clear()函数清除错误标志。同样,因为该版本get不会提取回车符,所以需要用另一版本的get()提取回车符。不同版本的Get函数参见前文。此处还使用了*cout.rdbuf(),cout是ostream类的对象,当然就有缓冲区,可以用rdbuf返回缓冲区对象的指针。最后,关于fin.clear, 需要特别注意的是:要清空流类对象的内存,不能用clear方法,那只是设置了错误标志位;
方法三:利用重载的get函数
ifstream fin("main.cpp");
fin.get(*cout.rdbuf(), EOF);
代码解释:这个版本的get成员函数可以自定义提取终止符。这里通过设置为文件结束符(EOF)来达到一下提取整个文件的目的。
当然,你可以把上面的cout换成任意的输出流,比如文件输出流,从而可以实现文件的拷贝功能。
另外,上面代码中并没有使用输入流的>>操作符,因为>>和<<是相对的,只是把操作数交换一下位置罢了。因此,你可以把上面代码中用out<<in.rdbuf()的地方换成in>>out.rdbuf(),代码的功能完全一样,效果也一样。
关于流缓冲区
1. 缓冲类型。
标准库提供缓冲是为了减少对read和write的调用。提供的缓冲有三种类型(整理自APUE):
- 全缓冲。 在这种情况下,实际的I/O操作只有在缓冲区被填满了之后才会进行。对驻留在磁盘上的文件的操作一般是有标准I/O库提供全缓冲。缓冲区一般是在第一次对流进行I/O操作时,由标准I/O函数调用malloc函数分配得到的。flush描述了标准I/O缓冲的写操作。缓冲区可以由标准I/O函数自动flush(例如缓冲区满的时候);或者我们对流调用fflush函数。
行缓冲。 在这种情况下,只有在输入/输出中遇到换行符的时候,才会执行实际的I/O操作。这允许我们一次写一个字符,但是只有在写完一行之后才做I/O操作。一般的,涉及到终端的流–例如标注输入(stdin)和标准输出(stdout)–是行缓冲的。
无缓冲。 标准I/O库不缓存字符。需要注意的是,标准库不缓存并不意味着操作系统或者设备驱动不缓存。
ISO C要求:
当且仅当不涉及交互设备时,标准输入和标准输出是全缓存的。
标准错误绝对不是全缓存的。
但是,这并没有告诉我们当标准输入/输出在涉及交互设备时,它们是无缓存的还是行缓存的;也没有告诉我们标准错误应该是行缓存的还是无缓存的。不过,大多数实现默认的缓存类型是这样的:
标准错误总是无缓存的。
对于所有的其他流来说,如果它们涉及到交互设备,那么就是行缓存的;否则是全缓存的。
2. 改变默认缓存类型,即自定义缓冲区
a. 对于C中文件操作:
可以通过下面的函数改变缓存类型(摘自APUE):
void setbuf(FILE *restrict fp, char *restrict buf);
int setvbuf(FILE *restrict fp, char *restrict buf, int mode, size_t size);
这些函数必须在流打开之后、但是未对流做任何操作之前被调用(因为每个函数都需要一个有效的文件指针作为第一个参数)。
利用setbuf,可以打开或者关闭缓存。为了打开缓存,buf参数必须一个大小为BUFSIZ的缓存,BUFSIZ是定义在stdio.h中的常量。<ISO/IEC 9899>要求:BUFSIZ至少为256。如果要关闭缓存,可以将buf设成NULL。
利用setvbuf,我们可以设定缓存类型。这是通过mode参数指定的。
b. 对于C++中流:
virtual basic_streambuf *setbuf(E *s, streamsize n);
第一个参数指向自定义缓冲区空间,第二个为缓冲区大小。
格式化输出
查看《C++流操作》
摘要:控制符是在头文件iomanip.h中定义的对象。 使用前必须把iomanip.h包含进来
摘选自:
(1)《STL C++中string、ifstream、stringstream的使用 》
(2)《C++中读取string对象》
(3)《C++的流操作复制文件》
(4)《C++流缓冲区的应用——输出文件内容的方法举例》
(5)《C++流总结》
(6)《关于流和缓冲区的理解》
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