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1、簡單介紹

C++ 又可以稱為“帶類的 C”，即可以理解為 C++ 是 C 語言的基礎上增加了面向對象（類和對象）。在此基礎上，學過 C 語言的讀者應該知道，它有一整套完成數(shù)據(jù)讀寫（I/O）的解決方案：

使用 scanf() 、gets() 等函數(shù)從鍵盤讀取數(shù)據(jù)，使用 printf() 、puts() 等函數(shù)向屏幕上輸出數(shù)據(jù)；
使用 fscanf() 、fgets() 等函數(shù)讀取文件中的數(shù)據(jù)，使用 fprintf() 、fputs() 等函數(shù)向文件中寫入數(shù)據(jù)。

要知道，C 語言的這套 I/O 解決方案也適用于 C++ 程序，但 C++ 并沒有“偷懶”，它自己獨立開發(fā)了一套全新的 I/O 解決方案，其中就包含大家一直使用的 cin 和 cout。前面章節(jié)中，我們一直在用 cin 接收從鍵盤輸入的數(shù)據(jù)，用 cout 向屏幕上輸出數(shù)據(jù)（這 2 個過程又統(tǒng)稱為“標準 I/O”）。除此之外，C++ 也對從文件中讀取數(shù)據(jù)和向文件中寫入數(shù)據(jù)做了支持（統(tǒng)稱為“文件 I/O”）。

本質上來說，C++ 的這套 I/O 解決方案就是一個包含很多類的類庫（作為 C++ 標準庫的組成部分），這些類常被稱為“流類”。
C++ 的開發(fā)者認為數(shù)據(jù)輸入和輸出的過程也是數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程，數(shù)據(jù)像水一樣從一個地方流動到另一個地方，所以 C++ 中將此過程稱為“流”，實現(xiàn)此過程的類稱為“流類”。

下圖展示了 C++ 中用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入和輸出的這些流類以及它們之間的關系：

C++類庫中的流類：

C++輸入流和輸出流超級詳細

其中，圖中的箭頭代表各個類之間的派生關系。比如，ios 是所有流類的基類，它派生出 istream 和 ostream。特別需要指出的是，為了避免多繼承的二義性，從 ios 派生出 istream 和 ostream 時，均使用了 virtual 關鍵字（虛繼承）。

上圖中這些流類各自的功能分別為：

istream：常用于接收從鍵盤輸入的數(shù)據(jù)；
ostream：常用于將數(shù)據(jù)輸出到屏幕上；
ifstream：用于讀取文件中的數(shù)據(jù)；
ofstream：用于向文件中寫入數(shù)據(jù)；
iostream：繼承自 istream 和 ostream 類，因為該類的功能兼兩者于一身，既能用于輸入，也能用于輸出；
fstream：兼 ifstream 和 ofstream 類功能于一身，既能讀取文件中的數(shù)據(jù)，又能向文件中寫入數(shù)據(jù)。

本章僅講解實現(xiàn)標準 I/O 操作的 istream、ostream 和 iostream 類，有關實現(xiàn)文件 I/O 操作的流類放到后續(xù)章節(jié)講解。

2、C++輸入流和輸出流

在前面章節(jié)的學習中，只要涉及輸入或者輸出數(shù)據(jù)，我們立馬想到的就是 cin 和 cout。其實，cin 就是 istream 類的對象，cout 是 ostream 類的對象，它們都聲明在 <iostream> 頭文件中，這也解釋了“為什么在 C++ 程序中引入 <iostream> 就可以使用 cin 和 cout”（當然使用 cin 和 cout，還需要聲明 std 命名空間）。

除此之外，<iostream> 頭文件中還聲明有 2 個 ostream 類對象，分別為 cerr 和 clog。它們的用法和 cout 完全一樣，但 cerr 常用來輸出警告和錯誤信息給程序的使用者，clog 常用來輸出程序執(zhí)行過程中的日志信息（此部分信息只有程序開發(fā)者看得到，不需要對普通用戶公開）。

cout、cerr 和 clog 之間的區(qū)別如下：

cout 除了可以將數(shù)據(jù)輸出到屏幕上，通過重定向（后續(xù)會講），還可以實現(xiàn)將數(shù)據(jù)輸出到指定文件中；而 cerr 和 clog 都不支持重定向，它們只能將數(shù)據(jù)輸出到屏幕上；
cout 和 clog 都設有緩沖區(qū)，即它們在輸出數(shù)據(jù)時，會先將要數(shù)據(jù)放到緩沖區(qū)，等緩沖區(qū)滿或者手動換行（使用換行符 '\n' 或者 endl）時，才會將數(shù)據(jù)全部顯示到屏幕上；而 cerr 則不設緩沖區(qū)，它會直接將數(shù)據(jù)輸出到屏幕上。

除了以上 2 點特性上的不同之外，cerr、clog 和 cout 沒有任何不同。之所以我們常用 cout，是因為 cerr 和 clog 有各自不同的適用場景。以 cerr 為例，一旦程序某處使用 cerr 輸出數(shù)據(jù)，我們自然而然地會認為此處輸出的是警告或者錯誤信息。

值得一提的是，類似 cin、cout、cerr 和 clog 這樣，它們都是 C++ 標準庫的開發(fā)者創(chuàng)建好的，可以直接拿來使用，這種在 C++ 中提前創(chuàng)建好的對象稱為內置對象。實際上，<iostream> 頭文件中還聲明有處理寬字符的 4 個內置對象，分別為 wcin、wcout、wcerr 以及 wclog，由于不是本節(jié)重點，這里不再對它們做詳細講解。

如下程序演示了 cin、cout、cerr 和 clog 的基本用法：

				?

									#include <iostream>

									#include <string>

									int main() {

									    std::string url;

									    std::cin >> url;

									    std::cout << "cout：" << url << std::endl;

									    std::cerr << "cerr：" << url << std::endl;

									    std::clog << "clog：" << url << std::endl;

									    return 0;

									}

程序執(zhí)行結果為：

http://c.biancheng.net
cout：http://c.biancheng.net
cerr：http://c.biancheng.net
clog：http://c.biancheng.net

注意：此程序中并沒有考慮 cerr 和 clog 各自特有的含義，這里僅是為了演示 cerr 和 clog 的基礎用法，不建議讀者這樣使用。另外，如果程序中 std 命名空間提前聲明，則所有的 std:: 可以省略。

它們的用法遠不止此，istream 和 ostream 類提供了很多實用的函數(shù)，cin、cout、cerr 和 clog 作為類對象，當然也能調用。

表 1 羅列了 cin 對象常用的一些成員方法以及它們的功能：

表 1 C++ cin 輸入流對象常用成員方法

成員方法名	功能
getline(str,n,ch)	從輸入流中接收 n-1 個字符給 str 變量，當遇到指定 ch 字符時會停止讀取，默認情況下 ch 為 '\0'。
get()	從輸入流中讀取一個字符，同時該字符會從輸入流中消失。
gcount()	返回上次從輸入流提取出的字符個數(shù)，該函數(shù)常和 get()、getline()、ignore()、peek()、read()、readsome()、putback() 和 unget() 聯(lián)用。
peek()	返回輸入流中的第一個字符，但并不是提取該字符。
putback(c)	將字符 c 置入輸入流（緩沖區(qū)）。
ignore(n,ch)	從輸入流中逐個提取字符，但提取出的字符被忽略，不被使用，直至提取出 n 個字符，或者當前讀取的字符為 ch。
operator>>	重載 >> 運算符，用于讀取指定類型的數(shù)據(jù)，并返回輸入流對象本身。

表 2 羅列了 cout、cerr 和 clog 對象常用的一些成員方法以及它們的功能：

表 2 C++ cout 輸出流對象常用成員方法

成員方法名	功能
put()	輸出單個字符。
write()	輸出指定的字符串。
tellp()	用于獲取當前輸出流指針的位置。
seekp()	設置輸出流指針的位置。
flush()	刷新輸出流緩沖區(qū)。
operator<<	重載 << 運算符，使其用于輸出其后指定類型的數(shù)據(jù)。

舉個例子：

				?

									#include <iostream>

									using namespace std;

									int main() {

									    char url[30] = {0};

									    //讀取一行字符串

									    cin.getline(url, 30);

									    //輸出上一條語句讀取字符串的個數(shù)

									    cout << "讀取了 "<<cin.gcount()<<" 個字符" << endl;

									    //輸出 url 數(shù)組存儲的字符串

									    cout.write(url, 30);

									    return 0;

									}