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第7章输入输出流7.1C++的输入和输出7.1.1输入输出的含义以前所用到的输入和输出，都是以终端为对象的，即从键盘输入数据，运行结果输出到显示器屏幕上。从操作系统的角度看，每一个与主机相连的输入输出设备都被看作一个文件。除了以终端为对象进行输入和输出外，还经常用磁盘(光盘)作为输入输出对象，磁盘文件既可以作为输入文件，也可以作为输出文件。C++的输入与输出包括以下3方面的内容:1、对系统指定的标准设备的输入和输出。即从键盘输入数据，输出到显示器屏幕。这种输入输出称为标准的输入输出，简称标准I/O。将在7.2、7.3中介绍。2、以外存磁盘文件为对象进行输入和输出，即从磁盘文件输入数据，数据输出到磁盘文件。以外存文件为对象的输入输出称为文件的输入输出，简称文件I/O。将在7.4中介绍。3、对内存中指定的空间进行输入和输出。通常指定一个字符数组作为存储空间，这种输入和输出称为字符串输入输出，简称串I/O。将在7.5中介绍。C++采取不同的方法来实现以上3种输入输出。为了实现数据的有效流动，C++系统提供了庞大的I/O类库，调用不同的类去实现不同的功能。7.1.2C++的I/O对C的发展——类型安全和可扩展性在C语言中，用printf和scanf进行输入输出，往往不能保证所输入输出的数据是可靠的、安全的。在C的输入输出中，编译系统不对数据类型的合法性进行检查，可以通过编译。而在C++的输入输出中，编译系统对数据类型进行严格的检查，凡是类型不正确的数据都不可能通过编译。因此C++的I/O操作是类型安全(typesafe)的。在C中的I/O只能对标准类型的数据操作，而在C++的I/O操作是可扩展的，不仅可以用来输入输出标准类型的数据，也可以用于用户自定义类型的数据。C++对标准类型的数据和对用户声明类型数据的输入输出，采用同样的方法处理。C++通过I/O类库来实现丰富的I/O功能。C++的输入输出优于C语言中的printf和scanf，但是比较复杂，要掌握许多细节。7.1.3C++的输入输出流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对象。在输入操作（读）时，字节流从输入设备(如键盘、磁盘)流向内存，在输出操作（写）时，字节流从内存流向输出设备(如屏幕、打印机、磁盘等)。流中的内容可以是ASCII字符、二进制形式的数据、图形图像、数字音频视频或其他形式的信息。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。流是与内存缓冲区相对应的，或者说，缓冲区中的数据就是流。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。cout和cin并不是C++语言中提供的语句，它们是iostream类的对象，在未学习类和对象时，在不致引起误解的前提下，为叙述方便，把它们称为cout语句和cin语句。在学习了类和对象后，我们对C++的输入输出应当有更深刻的认识。1.iostream类库中有关的类C++编译系统提供了用于输入输出的iostream类库。在iostream类库中包含许多用于输入输出的类。常用的见书中P223图7.1。ios是抽象基类，由它派生出istream类和ostream类。istream类支持输入操作，ostream类支持输出操作，iostream类支持输入输出操作。iostream类是从istream类和ostream类通过多重继承而派生的类。其继承层次见P223图7.1表示。C++对文件的输入输出需要用ifstream和ofstream类。ifstream支持对文件的输入操作，ofstream支持对文件的输出操作。类ifstream继承了类istream，类ofstream继承了类ostream，类fstream继承了类iostream。见P223图7.2。I/O类库中还有其他类，见P223图7.3。2.与iostream类库有关的头文件要利用C++流，必须在程序中包含有关的头文件，以便获得相关流类的声明。与C++流常用的有：•iostream：对标准设备的I/O操作。•fstream：对磁盘文件的I/O操作。•strstream：对内存中字符串流的I/O操作。•stdiostream：用于混合使用C和C++的I/O机制时。•iomanip：在使用格式化I/O时应包含此头文件。3.在iostream头文件中定义的流对象C++流有4个预定义的流对象，它们的名称及与之联系的I/O设计如下：cin：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：它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：向输出设备(显示器)输出出错信息。clog：带缓冲的向输出设备(显示器)输出出错信息。其中cin是istream流类的对象，其余三个为ostream流类的对象。4.在iostream头文件中重载运算符“”和“”本来在C++中是被定义为左位移运算符和右位移运算符的，由于在iostream头文件中对它们进行了重载，使它们能用作标准类型数据的输入和输出运算符。即ostreamoperator(int);ostreamoperator(float);ostreamoperator(char);ostreamoperator(char*);……coutC++;即cout.operator(C++);如果想将和用于自定义的类型数据，就要用第5章学习的和的重载。7.2标准输出流标准输出流是流向标准输出设备(显示器)的数据。7.2.1cout，cerr和clog流ostream类定义了3个输出流对象，即cout,cerr,clog。分述如下。1.cout流对象(1)cout是ostream流类的对象，在iostream中定义。(2)用“cout”输出基本类型的数据时，可以不必考虑数据是什么类型，系统会判断数据的类型，并根据其类型选择调用与之匹配的运算符重载函数。(3)cout流在内存中对应开辟了一个缓冲区，用来存放流中的数据，当向cout流插入一个endl时，不论缓冲区是否已满，都立即输出流中所有数据，然后插入一个换行符，并刷新流(清空缓冲区)。(4)在iostream中只对“”和“”运算符用于标准类型数据的输入输出进行了重载，但未对用户声明的类型数据的输入输出进行重载。2.cerr流对象cerr流对象是标准错误流。cerr流已被指定为与显示器关联。cerr的作用是向标准错误设备输出有关出错信息。3.clog流对象clog流对象也是标准错误流，它的作用和cerr相同，都是在终端显示器上显示出错信息。区别是：cerr是不经过缓冲区，直接向显示器上输出有关信息，而clog中的信息存放在缓冲区中，缓冲区满后或遇endl时向显示器输出。//P227例7.1求一元二次方程ax2+bx+c=0的解。#includeiostream#includecmath//使用C语言中头文件的方法之一，第8章会讲到usingnamespacestd;intmain(){floata,b,c,disc;coutpleaseinputa,b,c:;cinabc;if(a==0)cerrerror!endl;//将有关出错信息插入cerr流，在屏幕输出elseif((disc=b*b-4*a*c)0)cerrdisc=b*b-4*a*c0endl;//将有关出错信息插入cerr流，在屏幕输出else{coutx1=(-b+sqrt(disc))/(2*a)endl;coutx2=(-b-sqrt(disc))/(2*a)endl;}return0;}运行情况如下:①pleaseinputa,b,c:023↙aisequaltozero,error!②pleaseinputa,b,c:523↙sc=b*b-4*a*c0③pleaseinputa,b,c:12.51.5↙x1=-1x2=-1.57.2.2格式输出在输出数据时，有时希望数据按指定的格式输出。有两种方法可以达到此目的。一种是使用控制符的方法（P228表7.3）；表1I／O流的常用控制符控制符描述dechexoctsetfill(c)setprecision(n)setw(n)setiosflags(ios::fixed)setiosflags(ios::scientific)setiosflags(ios::left)setiosflags(ios::right)setiosflags(ios::skipws)setiosflags(ios::uppercase)setiosflags(ios::lowercase)置基数为10置基数为16置基数为8设填充字符为c设显示小数精度为n位设域宽为n个字符固定的浮点显示指数表示左对齐右对齐忽略前导空白16进制数大写输出16进制数小写输出另一种是使用流对象的有关成员函数。见P229表7.41.使用控制符控制输出格式这些控制符是在头文件iomanip中定义的，因而程序中应当包含iomanip头文件。例7.2用控制符控制输出格式。#includeiostream#includeiomanip//不要忘记包含此头文件usingnamespacestd;intmain(){inta;coutinputa:;cina;coutdec:decaendl;//以十进制形式输出整数couthex:hexaendl;//以十六进制形式输出整数acoutoct:setbase(8)aendl;//以八进制形式输出整数achar*pt=China;//pt指向字符串Chinacoutsetw(10)ptendl;//指定域宽为10，输出字符串coutsetfill('*')setw(10)ptendl;//指定域宽10,输出字符串,空白处以'*'填充doublepi=22.0/7.0;//计算pi值coutsetiosflags(ios::scientific)setprecision(8);//按指数形式输出，8位小数coutpi=piendl;//输出pi值coutpi=setprecision(4)piendl;//改为4位小数coutpi=setiosflags(ios::fixed)piendl;//改为小数形式输出return0;}运行结果如下:inputa:34↙(输入a的值)dec:34(十进制形式)hex:22(十六进制形式)oct:42(八进制形式)China(域宽为10)*****China(域宽为10，空白处以′*′填充)pi=3.14285714e+00(指数形式输出，8位小数)pi=3.1429e+00(指数形式输出，4位小数)pi=3.143(小数形式输出，精度仍为4)2.用流对象的成员函数控制输出格式除了可以用控制符来控制输出格式外，还可以通过调用流对象cout中用于控制输出格式的成员函数来控制输出格式。用于控制输出格式的常用的成员函数见书P229中表7.4。流成员函数setf和控制符setiosflags括号中的参数表示格式状态，它是通过格式标志来指定的。格式标志在类ios中被定义为枚举值。因此在引用这些格式标志时要在前面加上类名ios和域运算符“::”。格式标志见书中表7.5。例7.3用流控制成员函数输出数据。#includeiostreamusingnamespacestd;intmain(){inta=21;cout.setf(ios::showbase);//显示基数符号(0x或0)coutdec:aendl;//默认以十进制形式输出acout.unsetf(ios::dec)