《重学C++》7. C++高级语法（二）IO操作

发表于 更新于 阅读次数： 本文字数： 2.8k 阅读时长 ≈ 3 分钟

主要内容

这一篇主要总结自第七章”C++高级语法”中的第7-14节， 包含面向对象编程的IO部分，主要有：重载输入输出运算符、IO流和两种文件的IO操作（读写文件）。



1. 虚数类的实现——重载输入输出运算符

C++三种限制访问符：

  • private：私有的，只能在类内使用，子类和类外不可以使用
  • protected：保护的，类内和子类可以使用，类外不可以使用
  • public：公有的，类内和类外、子类都可以使用
    重载输入输出运算符并不是通过成员函数的方式，而是要利用到友元函数，只有通过friend关键字，才可以访问内部变量。

除了注意要写friend关键字外，因为友元函数并不是成员函数，所以不需要类作用域限定符。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
//下面两行是声明，应当写到类内
//friend ostream& operator<<(ostream& os, const Complex& comp);
//friend istream& operator>>(istream& is, Complex& comp);

//输入运算符重载
ostream& operator<<(ostream& os, const Complex& comp) {
	os << "The real value is " << comp.real << ", the image value is " << comp.image;
	return os;
}
//输出运算符重载
istream& operator>>(istream& is, Complex& comp) {
	is >> comp.real >> comp.image;
	return is;
}

注：为什么一定要用到友元函数？
实现输入输出会使用到对象内部的private变量，要想有读取/写入private变量的权限，有两种途径：1.成员函数，2.友元函数。

如果是重载双目操作符（即为类的成员函数），就只要设置一个参数作为右侧运算量，而左侧运算量就是对象本身。。。。。。
而 >> 或<< 左侧运算量是 cin或cout 而不是对象本身，所以不满足后面一点。。。。。。。。就只能申明为友元函数了。。。
如果一定要声明为成员函数，只能成为如下的形式：
ostream & operator<<(ostream &output)
{
　　return output;
}
所以在运用这个<<运算符时就变为这种形式了：data<<cout;
不合符人的习惯。

为什么operator<<运算符重载一定要为友元函数呢？
https://www.cnblogs.com/this-543273659/archive/2011/09/01/2161574.html

2. IO流概述

简单来说，C++中各种I/O的stream结构如下：

来源：http://www.cplusplus.com/reference/sstream/stringstream/
如果详细一点，可以如下图所示： ![](https://raw.githubusercontent.com/ipdor/Pictures/master/img/IOclasses.png)
来源：https://www3.ntu.edu.sg/home/ehchua/programming/cpp/cp10_IO.html

实际使用中，主要使用iostream、fstream、sstream，分别对标准输入输出流、文件流、字符串流进行读写操作。（其中输入流ifstream和istringstream都继承自istream，输出流类似）

缓存区

不管是哪种流，一般都会采用缓冲区。缓冲区分为三种：按块缓存、按行缓存和不缓存。按块缓存一次将数据读入，例如读取文件、按行缓存逐次读入数据，例如while从cin读取数据：

如下代码，while循环不断读取一个整数，收到第5个时退出循环，循环外部再接收一个字符

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
int a;
while (cin >> a)
	{
		cout << "The numbers are: " << a << endl;
		index++;
		if (index == 5)
		{
			break;
		}
	}
	char ch;
	cin >> ch;
	cout << "the last char is: " << ch << endl;

当一次性输入1 2 3 4 5 6时，这6个数据应该只被while读入5个，剩下一个应当无法被读取。但实际运行中，程序却将其读入了循环外的代码部分：

这种情况被叫作读入了缓存区脏数据。
这是因为输入1 2 3 4 5 6时，程序将其一次全部读入了缓存区。后面循环外的代码直接从缓存区读取了第6个输入，也就是脏数据。要想解决这种情况，必须在输入回车之后清空缓存区中的脏数据。
可以在最后一次读取字符的代码前加入如下代码：
cin.ignore(numeric_limitsstd::streamsize::max(), ‘\n’); // 清空缓存区脏数据

3. 文件IO

文件按类型分类：

  1. 文本文件，文字等信息经过编码（如ASCII码等）变成无意义的二进制代码，存放在内存中。
  2. 二进制文件，二进制代码就是文本内容（两者相同，不需要编码）。实际项目中接触的大多数文件

通过fstream读写文件，一般流程：

  1. 打开文件open；
  2. 检测是否打开成功，没有的话fail不能使用；
  3. 对文件read/write；
  4. 检测文件是否读完（EOF）；
  5. 使用完文件关闭close。

文件打开方式（这些文件模式定义在std::ios命名空间）：

文件模式 功能
in 只读方式打开
out 写方式打开
app 每次写操作前均定位到文件末尾（追加）
ate 打开并立即定位到文本末尾
trunc 打开并清除文件内容（默认）
binary 二进制方式进行IO

如果文件不存在，默认不会打开/创建文件。
判断文件是否打开成功，应该使用fstream对象的fail()函数；判断文件是否读完，应该使用fstream对象的eof()函数。所有fstream相关函数见http://www.cplusplus.com/reference/fstream/fstream/

读写二进制文件部分，自己练习的代码