C++的那些事：流与IO类

1、流的概念

"流"就是"流动"，是物质从一处向另一处流动的过程，比如我们能感知到的水流。C++的流是指信息从外部输入设备（如键盘和磁盘）向计算机内部（即内存）输入和从内存向外部输出设备（如显示器和磁盘）输出的过程，这种输入输出过程被形象地比喻为"流"。

为了实现信息的内外流动，C++系统定义了I/O类库，其中的每一个类都称作相应的流或流类，用以完成某一方面的功能。根据一个流类定义的对象也时常被称为流。

通常标准输入或标准输出设备显示器称为标准流；外存磁盘上文件的输入输出称为文件流；对于内存中指定的字符串存储空间称为字符串流。

那么流的内容通常是什么呢？

流里的基本单位是字节，所以又称为字节流。字节流可以是ASCII字符、二进制数据、图形图像、音频视频等信息。文件和字符串也可以看成是有序的字节流，又称为文件流和字符串流。

2、IO类

C++的IO类库属于STL的一部分，在STL中定义了一个庞大的类库，它们的继承关系为下图：

管理标准的输入/输出流的类为：istream(输入)、ostream（输出）、iostream（输入输出），其中istream和ostream直接从ios中继承，iostream多重继承了istream和otream。而cin是STL中定位的一个用于输入的istream对象，cout、cerr、clog是三个用于输出的ostream对象。其中cout对象也被称为标准输出，用于正常的输出，cerr用来输出警告和错误信息，因为被称为标准错误，而clog用来输出程序运行时的一般性信息。cerr和clog之间的不同之处在于cerr是不经过缓冲区直接向显示器输出有关信息，而clog则是先把信息放在缓冲区，缓冲区满后或遇上endl时向显示器输出。

管理文件流的类为：ifstream（文件输入）、ofstream（文件输出）和fstream（文件的输入/输出）。其中ifstream是从istream中继承的类，ofstream是从ostream中继承的类，fstream是从iostream继承的类。

管理字符串流的类为：istringstream（字符串输入）、ostringstream（字符串输出）和stringstream（字符串的输入/输出）。其中istringstream是从istream中继承的类，ostringstream是从ostream中继承的类，stringstream是从iostream继承的类。

3，>>和<<操作符

3.1 >>的用法

在istream输入流类中定义有对输入运算符>>重载的一组公用成员函数，函数的具体声明格式为：

istream& operator>> (bool& val); istream& operator>> (short& val); istream& operator>> (unsigned short& val); istream& operator>> (int& val); istream& operator>> (unsigned int& val); istream& operator>> (long& val); istream& operator>> (unsigned long& val); istream& operator>> (long long& val); istream& operator>> (unsigned long long& val); istream& operator>> (float& val); istream& operator>> (double& val); istream& operator>> (long double& val); istream& operator>> (void*& val)

由于右移操作符重载用于给变量输入数据的操作，所以又称为提取操作符，即从流中提取出数据赋给变量。

当系统执行cin>>variable操作时，将根据实参x的类型调用相应的提取操作符重载函数，把variable引用传送给对应的形参，接着从键盘的输入中读入一个值并赋给variable后，返回cin流，以便继续使用提取操作符为下一个变量输入数据。

当从键盘上输入数据时，只有当输入完数据并按下回车键后，系统才把该行数据存入到键盘缓冲区，供cin流顺序读取给变量。还有，从键盘上输入的每个数据之间必须用空格或回车符分开，因为cin为一个变量读入数据时是以空格或回车符作为其结束标志的。

当cin>>str_ptr操作中的str_ptr为字符指针类型时，则要求从键盘的输入中读取一个字符串，并把它赋值给str_ptr所指向的存储空间中，若str_ptr没有事先指向一个允许写入信息的存储空间，则无法完成输入操作。另外从键盘上输入的字符串，其两边不能带有双引号定界符，若带有只作为双引号字符看待。对于输入的字符也是如此，不能带有单引号定界符。

3.2 <<的用法

在ostream输出流类中定义有对左移操作符<<重载的一组公用成员函数，函数的具体声明格式为：

ostream& operator<< (bool val); ostream& operator<< (short val); ostream& operator<< (unsigned short val); ostream& operator<< (int val); ostream& operator<< (unsigned int val); ostream& operator<< (long val); ostream& operator<< (unsigned long val); ostream& operator<< (long long val); ostream& operator<< (unsigned long long val); ostream& operator<< (float            
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