谭浩强《C++程序设计》课件-第13章

第13章输入输出流13.1C++的输入和输出13.2标准输出流13.3标准输入流13.4文件操作与文件流13.5字符串流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。程序的输入指的是从输入文件将数据传送给程序，程序的输出指的是从程序将数据传送给输出文件。C++的输入与输出包括以下3方面的内容:13.1C++的输入和输出13.1.1输入输出的含义（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。（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。（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(实际上可以利用该空间存储任何信息)。这种输入和输出称为字符串输入输出，简称串I/O。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。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。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。13.1.2C++的I/O对C的发展——类型安全和可扩展性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。流表示了信息从源到目的端的流动。在输入操作时，字节流从输入设备(如键盘、磁盘)流向内存，在输出操作时，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。13.1.3C++的输入输出流在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。iostream这个单词是由3个部分组成的，即i-o-stream，意为输入输出流。在iostream类库中包含许多用于输入输出的类。常用的见书中表13.1。ios是抽象基类，由它派生出istream类和ostream类，两个类名中第1个字母i和o分别代表输入(input)和输出(output)。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。其继承层次见图13.1表示。图13.1C++对文件的输入输出需要用ifstream和ofstream类，两个类名中第1个字母i和o分别代表输入和输出，第2个字母f代表文件(file)。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。见图13.2。图13.2I/O类库中还有其他类，见图13.3。图13.32.与iostream类库有关的头文件iostream类库中不同的类的声明被放在不同的头文件中，用户在自己的程序中用#include命令包含了有关的头文件就相当于在本程序中声明了所需要用到的类。可以换一种说法:头文件是程序与类库的接口，iostream类库的接口分别由不同的头文件来实现。常用的有•iostream包含了对输入输出流进行操作所需的基本信息。•fstream用于用户管理的文件的I/O操作。•strstream用于字符串流I/O。•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在iostream头文件中定义的类有ios,istream,ostream,iostream,istream_withassign,ostream_withassign,iostream_withassign等。iostream.h包含了对输入输出流进行操作所需的基本信息。因此大多数C++程序都包括iostream.h。在iostream.h头文件中不仅定义了有关的类，还定义了4种流对象，见书中表13.2。cin是istream的派生类istream_withassign的对象,它是从标准输入设备(键盘)输入到内存的数据流，称为cin流或标准输入流。cout是ostream的派生类ostream_withassign的对象，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和clog作用相似，均为向输出设备(显示器)输出出错信息。因此用键盘输入时用cin流，向显示器输出时用cout流。向显示器输出出错信息时用cerr和clog流。在iostream头文件中定义以上4个流对象用以下的形式(以cout为例):ostreamcout(stdout);在定义cout为ostream流类对象时，把标准输出设备stdout作为参数，这样它就与标准输出设备(显示器)联系起来，如果有cout3;就会在显示器的屏幕上输出3。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。所以，在用它们的程序中必须用#include命令把iostream包含到程序中。#includeiostream在istream和ostream类(这两个类都是在iostream中声明的)中分别有一组成员函数对位移运算符“”和“”进行重载，以便能用它输入或输出各种标准数据类型的数据。对于不同的标准数据类型要分别进行重载，如ostreamoperator(int);//用于向输出流插入一个int数据ostreamoperator(float);//用于向输出流插入一个float数据ostreamoperator(char);//用于向输出流插入一个char数据ostreamoperator(char*);//用于向输出流插入一个字符串数据等。如果在程序中有下面的表达式:cout″C++″;根据第11章所介绍的知识，上面的表达式相当于cout.operator(″C++″)″C++″的值是其首字节地址，是字符型指针(char*)类型，因此选择调用上面最后一个运算符重载函数，通过重载函数的函数体，将字符串插入到cout流中，函数返回流对象cout。在istream类中已将运算符“”重载为对以下标准类型的提取运算符:char,signedchar,unsignedchar,short,unsignedshort,int,unsignedint,long,unsignedlong,float,double,longdouble,char*,signedchar*,unsignedchar*等。在ostream类中将“”重载为插入运算符，其适用类型除了以上的标准类型外，还增加了一个void*类型。如果想将“”和“”用于自己声明的类型的数据，就不能简单地采用包含iostream头文件来解决，必须自己用第11章的方法对“”和“”进行重载。怎样理解运算符“”和“”的作用呢？它们指出了数据移动的方向，例如a箭头方向表示把数据放入a中。而a箭头方向表示从a中拿出数据。++标准输出流是流向标准输出设备(显示器)的数据。13.2标准输出流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cout是consoleoutput的缩写，意为在控制台(终端显示器)的输出。(1)cout不是C++预定义的关键字，它是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。13.2.1cout，cerr和clog流(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(standarderrordevice)输出有关出错信息。cerr与标准输出流cout的作用和用法差不多。但有一点不同:cout流通常是传送到显示器输出，但也可以被重定向输出到磁盘文件，而cerr流中的信息只能在显示器输出。当调试程序时，往往不希望程序运行时的出错信息被送到其他文件，而要求在显示器上及时输出，这时应该用cerr。cerr流中的信息是用户根据需要指定的。例13.1有一元二次方程ax2+bx+c=0，其一般解为x1,2=(-b±b2-4ac)/2a,但若a=0，或b2-4ac0时，用此公式出错。编程序，从键盘输入a,b,c的值，求x1和x2。如果a=0或b2-4ac0，输出出错信息。#includeiostream#includecmathusingnamespacestd;intmain(){floata,b,c,disc;cout″pleaseinputa,b,c:″;cinabc;if(a==0)cerr″aisequaltozero,error!″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)cerr″disc=b*b-4*a*c0″endl;//将有关出错信息插入cerr流，在屏幕输出else{cout″x1=″(-b+sqrt(disc))/(2*a)endl;cout″x2=″(-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=-1.53.clog流对象clog流对象也是标准错误流，它是consolelog的缩写。它的作用和cerr相同，都是在终端显示器上显示出错信息。区