第八章 IO库

8.1 IO类

IO类型和头文件如下：

头文件	类型
iostream	istream, wistream
	ostream, wostream
	iostream, wiostream
fstream	ifstream, wifstream
	ofstream, wofstream
	fstream, wfstream
sstream	istringstream, wistringstream
	ostringstream, wostringstream
	stringstream, wstringstream

如cin就是一个istream对象，用于从标准输入流中读取数据。

w开头的类型都是为了支持宽字符wchar_t类型的，对应的对象就是wcin,wcout和werr。

IO类型之间的关系

fstream和sstream中的类型都继承自iostream中的类型，比如ifstream和istringstream都是继承istream类型的，所以它们使用>>,<<,getline等操作符或方法都是可以的。

8.1.1 IO对象无拷贝或赋值

由于不能拷贝IO对象，所以也不能将形参或返回类型设置为流类型，原因是“形参”和“返回类型”都要利用到拷贝操作拷贝创建一个中间对象。

读写一个io对象是会改变其状态的，所以传递的值或者引用都不能加const。

8.1.2 条件状态

IO操作与生俱来的问题：可能发生错误。有的可恢复，有的则不可。

访问流状态和操纵的函数及标志有：

状态及函数	介绍
strm::iostate	strm为一种IO类型。iostate则是一种机器相关的类型。
strm::badbit	指出流已崩溃。通常是系统级的，无法恢复。
strm::failbit	指出IO操作失败了。但通常可以恢复。
strm::eofbit	指出流已到达了文件结束
strm::goodbit	指出流未处于错误状态。此值保证为0
s.eof()	若流的eofbit置位，则返回true
s.fail()	若流的failbit或badbit置位，则返回true
s.bad()	若流的badbit置位，则返回true
s.good()	若流处于有效状态，则返回true
s.clear()	将流中所有条件状态复位
s.clear(flags)	将流中对应条件状态位复位。flags位iostate类型。
s.rdstate()	返回流的当前状态，返回值为iostate类型。
s.setstate(flags)	将流中对应条件状态位置位。flags位iostate类型。

把流当作条件使用是确定一个流对象的状态的最好方法，如while(cin >> word)。

查询流的状态

把流当作条件使用，只能知道它是否有效，而没法知道其具体发生了什么。IO库定义了一个与机器无关的iostate类型，提供了表达流状态的完整功能。

IO库提供了4个iostate类型的constexpr值表示特定的位模式。它们可以与位运算符一起使用来一次性检测或设置多个标志位。

badbit表示系统级错误，如不可恢复的读写错误。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，这种错误可以被修正，流仍可使用。

使用good或fail是确定流的总体状态的正确方法。实际上，把流当作条件就等价于用!fail()。而eof和bad只能表示特定错误。

管理条件状态

复位failbit和badbit，保持其他标志位不变：

cin.clear(cin.rdstate() & ~cin.failbit & ~cin.badbit);

8.1.3 管理输出缓冲

<u>每个输出流都管理一个缓冲区</u>，用来保存程序读写的数据。

os << "xxxxxxx"; 文本串可能立即打印出来也可能被操作系统保存在缓冲区中。

有了缓冲机制，操作系统可以将程序的多个输出操作组合成单一的系统级写操作。这是由于设备的写操作可能很耗时，因此把多个输出组合成一个再一次输出可以带来性能提升。

导致缓冲刷新的操作有很多：

• 程序正常结束，作为main函数的return操作的一部分，缓冲刷新执行。

• 缓冲区满。

• 用如endl的操纵符来显式刷新缓冲区。

• 每个输出操作后可以用操纵符unitbuf设置流的内部状态来清空缓冲区。默认对cerr是设置unitbuf的，所以写到cerr的内容都是立即输出。

  cout << 'xx' << unitbuf; // 所有输出操作后都会立即刷新缓冲区

  // 任何输出都立即刷新，无缓冲

  cout << nounitbuf; //回到正常的缓冲方式

• 被关联到另一个流，此时，当读写被关联的流时，关联到的流的缓冲区都会被刷新。如cin和cerr都被关联到cout，因此读cin或写cerr都会导致cout缓冲区被刷新。

刷新输出缓冲区

IO库中还有两个类似的操纵符：flush和ends。flush刷新缓冲区，但不输出任何额外的字符；ends向缓冲区插入一个空字符，然后刷新缓冲区。

cout << 'xx' << flush; cout << 'xx' << ends;

关联输入输出流

当一个输入流被关联到一个输出流上时，任何试图从输入流读取数据的操作都会刷新关联的输出流。标准库将cin和cout关联了起来，所以 cin >> xx; 时会导致cout的缓冲区被刷新。

交互式系统通常应该关联输入输出流。

tie有两个版本：

1.不带参数，返回指向输出流的指针。如果本对象当前关联到一个输出流，则返回的就是指向这个流的指针，如果对象未关联到流，则返回空指针。

2.接受一个指向ostream的指针，将自己关联到此ostream。即，x.tie(&o)将流x关联到输出流o。

如 cin.tie(&cerr); cin.tie(nullptr);

8.2 文件输入输出

8.2.1 使用文件流对象

在要求使用基类型对象的地方，我们可以用继承类型的对象来替代。如，接受一个iostream类型引用（或指针）参数的函数，可以用一个对应的fstream（或sstream）类型来调用。

成员函数open和close

若定义了一个空文件流对象，可以随后再调用open将它与文件关联起来。

若open失败，failbit会被置位。因为open可能失败，所以进行open是否成功的检查是好习惯。

一旦一个文件流已经打开，它就保持与对应文件的关联。对一个已经打开的文件流调用open会失败，要先关闭才能关联到另外一个文件。

如果open成功，则open会设置流的状态，使得good()为true。

自动构造和析构

比如在循环内定义一个ifstream对象，每次循环，都会创建和销毁一次。当一个fstream对象离开其作用域时，与之关联的文件会自动关闭。

fstream对象在销毁时，close会自动被调用。

8.2.2 文件模式

每个流都有一个关联的文件模式（file mode），用来指出如何使用文件。

文件模式
in	以读方式打开
out	以写方式打开
app	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

in只针对ifstream和fstream，out只针对ofstream和fstream。

只有当out也被设定时才可设定trunc模式；只要trunc没被设定，就可设定app模式。在app模式下，文件总以输出方式被打开。

默认情况下，没有指定trunc，以out模式打开的文件也会被截断。

ate和binary可用于任何类型的文件流对象，且可与其他任何文件模式组合使用。

与fstream关联的文件默认以in和out模式打开，ifstream以in，ofstream以out。

以out模式打开文件会丢弃已有数据

ofstream out("file1");  //隐含地以输出模式打开文件并截断文件
ofstream out1("file1", ofstream::out);  //隐含地截断文件
ofstream out2("file1", ofstream::out | ofstream::trunc);
//以上三条代码，file1都被截断

ofstream app("file1", ofstream::app);  //隐含为输出模式
ofstream app("file1", ofstream::out | ofstream::app);

每次调用open时都会确定文件模式

8.3 string流

sstream头文件定义了三个类型来支持内存IO。

stringstream特有的操作为：

strm.str()  //返回strm保存的string的拷贝

strm.str(s)  //将string s拷贝到strm中，返回void

8.3.1 使用istringstream

当我们的某些工作是对整行文本做处理，而其他一些工作是针对行内的单个单词时，就可使用istringstream。

如从 while (getline(cin, line)) 先从标准输入流中读取行，

然后istringstream record(line);把这一行绑定到record上，此时要操作行中的每一个单词就很容易了，用record >> word就可以读取其中的单词。istringstream充分利用了输入流读取字符串时遇到空格就结束的特性，所以可以用来方便地读取一行中的单词。

8.3.2 使用ostringstream

当我们逐步构造输出，想最后一起打印时，oss是很有用的。

小结

• iostream处理控制台IO
• fstream处理命名文件IO
• stringstream完成内存string的IO

输入类都继承自istream，输出类都继承自ostream。因此，可以在istream对象上执行的操作也可以在ifstream或istringstream对象上执行。ostream同理。

每个IO对象都维护一组条件状态，用来指出此对象上是否可以进行IO操作。