C了个++：01 - C++的输入、输出和文件

简单总结梳理了C++中有关文件输入输出的知识，并添加程序实例（实例见最后）

例程2：2016年华为软件编程大赛文件（topo.csv、demand.csv、result.csv）的输入输出（删减）

涉及知识：类、函数重载、模板、多重继承、流操作、缓冲区、控制符和格式化常量、类型转换

学习目的：文本文件输入输出、控制输出格式

使用的类：iostream（标准输入输出类）、fstream（文件输入输出类）、sstream（string字符串输入输出类）

流操作：（C++把输入输出看作字节流，通过对字节流对象进行操作来对数据做相应的输入输出处理）

• 流是由字符字节（char）组成的数据，流操作（方法）的本质是类型转换操作
• 将流与程序关联起来（声明输入流/输出流对象）
• 将流与文件关联起来（将输入流/输出流对象与文件关联起来，调用成员函数open(char*)方法）
• 以上两个关联可以通过声明初始化一步完成，流的使用方法同标准的流cin/cout

缓冲区：（内存块，设备与程序之间的临时存储工具，帮助匹配两者不同的传输速率）

• 键盘输入时，通常是按下回车键时，刷新输入缓冲区
• 屏幕输出时，通常是发送换行符时，刷新输出缓冲区；有输入到来时，也可能会刷新输出缓冲区
• 使用控制符endl和flush

继承关系：作图

• ios_base类（流的一般特征：格式化常量等）    --->    ios类（包括一个指向streambuf对象的指针）    --->    istream类/osteam类（方法）    --->    iostream类    --->    fstream类    --->    ifstream类/ofstream类
• sstream类的继承关系流程同fstream类    --->    istringstream类/ostringstream类
• streambuf类（管理输入/输出缓冲区的内存的类）
• 创建类对象，会打开一个流，并自动创建一个属于各自对象的缓冲区；包含iostream头文件会自动创建8个流对象（cin/cout/cerr/clog）（4个用于窄字符流，4个用于宽字符流）和一些对象代表流（它是与流特性相关的数据成员）
• 其它，将iostream类在std名称空间中，istream类和ostream类都是模板char具体化的typedef

输出格式化：

• cout<<输出、ostream & put(char)、ostream & write(char*,int)，类型转换为char以文本字符格式输出（参数为普通基本类型或const的char指针或void*），另外write()不会遇到空字符停止打印字符
• ios_base类中的成员函数setf()方法（可调整单个格式标记信息）两个原型：fmtflags setf(fmtflags);  fmtflags setf(fmtflags,fmtflags);  （fmtflags是bitmask类型），该方法需结合使用格式化常量；fmtflags类型也是在ios_base类中定义的；另外，unsetf()方法原型：void unsetf(fmtflags);
• 标准控制符：计数系统控制（dec/oct/hex:basefield）数字显示控制（fixed/scientific:floatfield）对齐控制（left/right/internal:adjustfield）等等
• 3个最常用的控制符（头文件iomanip）：setprecision(int)、setfill(char)、setw(int)分别设置精度、填充字符、字段宽度，相对于precision(int)、fill(char)、int width(int)使用更方便
• 控制符（运算符函数重载）可用cout语句进行连接，控制符是函数，但不是成员函数，不能通过对象调用使用；控制符位于名称空间std中
• 默认显示模式的精度是总位数，fixed/scientific显示模式的精度是小数位数
• cout.setf(ios_base::showpoint);可显示末尾的0，显示的多少取决于显示模式和精度，显示的数字位数与数字被存储时的精度没有任何关系

输入：（给程序提供数据）

• cin>>输入，格式化输入函数（参数为基本类型引用或char指针），跳过空白（空格、换行符、制表符）
• ios_base类中数据成员流状态（eofbit/badbit/failbit/goodbit）iostate类型（也是bitmask类型）是在ios_base类中定义的，这3个状态位都为0时，说明一切正常
• 常用的设置流状态方法：good()、clear(iostate s=0)（无参可以用于重新打开输入）、setstate(iostate s)；设置流状态位有一个非常重要的后果，流将对后面的输入或输出关闭，直到位被清除
• 非格式化输入成员函数istream & get(char &)、int get(void)单字符输入，不跳过空白
• 非格式化输入成员函数get(char*,int+1,char)、getline(char*,int+1,char)读取字符串进行输入，不跳过空白；第三个参数省略的话，默认将换行符用作分界字符；读取最大数目的字符或分界字符后为止；两者的主要区别是是否保留分界符，getline(char*,int+1,char)不保留分界符
• 非预期设置failbit，流被破坏设置badbit，文件尾设置eofbit；文件尾符号常量EOF（头文件iostream中定义），cin.get(ch)遇文件尾转换为false  并设置failbit，ch=cin.get()遇到文件尾输出EOF的值；文件尾或空行（即没有读取任何字符），get(char*,int+1,char)都会设置failbit，文件尾（或特殊空行）或读取最大数目的字符（且行中还有字符）时，会让getline(char*,int+1,char)设置failbit；while(getline(cin,str)&&str.size()>0){}空行处理方法
• cin.ignore(int,'\n');可用于删除行中剩余的字符；char cin.peek();（==get(char)+putback(char)）可用于查看下一个字符，但不抽取，可以用于多种条件（多个分界符）同时分割字符串；read()不会添加空字符，对应于write()
• 其它，getline(cin/fin/instr,string str,char ch)很方便

文件关联：

• 包含头文件fstream就可以，不必包含iostream，因为继承关系，但cin/cout/cerr对象的使用需要iostream头文件
• 以默认模式打开文件进行输出将自动把文件的长度截短为零，即删除已有内容
• 输入输出流对象过期时（即程序终止时），文件关联自动关闭，或用close()方法类似显式关闭；换其它文件进行关联需要显式使用close()方法；没有打开文件的话，不需要进行关闭关联，因为没关联上
• 关闭关联并不会删除流对象，则可以将流重新关联同一文件或另一文件，可能会需要cin.clear()方法重新打开输入，这取决于将文件与ifstream对象关联起来时，是否自动重置流状态，使用cin.clear()方法是无害的；关闭文件关联会刷新缓冲区
• 成员函数open(char*)方法以及ofstream的构造函数和ifstream的构造函数，参数指向char的指针（地址）是C-风格字符串，有必要将以string对象为文件名的字符串使用c_str()方法来转换为C-风格的字符串
  
• 打开一个不存在的文件进行输入时，将设置failbit，一种更好的检查文件是否被打开的方法is_open()
• 多文件处理策略取决于是同时处理使用还是依次处理使用，少开一些流会节省计算机资源
• 命令行参数（指定文件）int main(int argc,char* argv[])注意[]在argv后面，即第二个参数为char(* argv)[]，argc是命令行参数个数，char(* argv)[]是一个指向char的指针数组（地址数组）

文件模式：（描述文件如何被使用：读、写、追加）

• 文件流的构造函数和i/ofstream open(char*,openmode mode=ios_base::in/out|trunc)方法，第二参数指定文件模式；注意，fstream类不提供默认的文件模式值，创建该对象必须显式提供第二参数
• openmode类型与fmtflags类型和iostate类型一样，都是一种bitmask类型，在ios_base中定义；文件模式常量（in/out/ate/app/trunc/binary）；文件模式错误能够被is_open()方法检测出来

内核格式化：（负责程序和string对象的I/O）

• iostream族负责程序与终端之间的I/O；fstream族负责程序与文件之间的I/O；sstream族负责程序与string对象之间的I/O；接口使用方法相同
• string对象本质是文本文件，所以所对应的流操作依然是类型转换，也叫格式化信息操作（内核格式化）
• ostringstream中成员函数string str();返回一个被初始化为缓冲区内容的字符串对象，该方法可以“冻结”该对象
• getline(cin/fin/instr,string,char)很方便，因为string类很好用
• string字符串关联，istringstream流对象可以使用string对象进行初始化，如istringstream instr(str);

例程1：实现命令行参数读取文件，并对文件中的字符数进行统计求和

#include<fstream>#include<iostream>// for cerr/cout//#include<cstdlib>// for exit()int main(int argc,char* argv[])// 命令行参数，argv[i]是第 i 个指向 char 的指针（地址）{using namespace std;if (argc == 1)// quit if no arguments{cerr << "Usage: " << argv[0] << " filename[s]\n";exit(EXIT_FAILURE);}ifstream fin;// 开一个文件输入流long count;long total = 0;char ch;for (int i = 1;i < argc;i++){fin.open(argv[i]);// 关联第 i 文件cout << i << " | " << argc << "   ";if (!fin.is_open())// 没有打开就不用使用close(){cerr << "Can't open " << argv[i] << endl;fin.clear();// 重新打开输入continue;}count = 0;while (fin.get(ch))count++;// 统计文件中的字符数cout << count << " character in " << argv[i] << endl;total += count;fin.clear();// 重新打开输入fin.close();// 换文件需要先断开之前的文件  disconect file}cout << total << " charaters in all files.";return 0;}

例程2：2016年华为软件编程大赛文件（topo.csv、demand.csv、result.csv）的输入输出（删减）

#include<iostream>#include<fstream>#include<sstream>#include<string>#include<iomanip>// for setw() setfill()int main()//int argc,char* argv[])// 命令行参数{using namespace std;ifstream file_topo("F:\\topo.csv");//argv[1]);// 关联 topo.csv 文件string topo_line;string topo_num[4];int top_num[4];if (file_topo.good())// check{while (getline(file_topo,topo_line))// read one line{istringstream strl_topo(topo_line);// 将每一行初始化一个字符串输入流对象for (int i = 0;i < 4;i++){getline(strl_topo,topo_num[i],',');// 按“,”进行分割top_num[i] = atoi(topo_num[i].c_str());// 转换为 int 类型，为之后比较大小cout << setw(2) << setfill('0') << top_num[i] << " ";// 格式化输出}cout << endl;}}cout << "*********************************" << endl;file_topo.close();//file_topo.clear();ifstream file_demand("F:\\demand.csv");//argv[2]);// 关联 demand.csv 文件string demand_line;string demand_sec[3];string demand_num[52];int num_len = 0;if (file_demand.good()){if (getline(file_demand,demand_line)){istringstream strl_demand(demand_line);for (int i = 0;i < 3;i++){getline(strl_demand,demand_sec[i],',');}istringstream strsec_demand(demand_sec[2]);int i = 2;while (getline(strsec_demand,demand_num[i],'|')){i++;}num_len = i;}}int* dem_num = new int[num_len];// 动态数组dem_num[0] = atoi(demand_sec[0].c_str());cout << dem_num[0] << " ";dem_num[1] = atoi(demand_sec[1].c_str());cout << dem_num[1] << " ";for(int i = 2;i < num_len;i++){dem_num[i] = atoi(demand_num[i].c_str());cout << dem_num[i] << " ";}cout << endl << "*********************************" << endl;file_demand.close();//file_demand.clear();    ofstream file_result;// 关联 result.csv 文件    file_result.open("F:\\result.csv",ios::out|ios::trunc);//argv[3],ios::out|ios::trunc);file_result << setw(2) << setfill('0') << dem_num[0];for(int i = 1;i < num_len;i++){file_result << "|" << setw(2) << setfill('0') << dem_num[i];}file_result.close();//file_result.clear();return 0;}

本文总结自《C++ primer plus》（第六版中文版）第十七章：输入、输出和文件