C++标准库之：IO库

C++标准库之-IO库

C++语言不直接处理输入输出，而是通过一族定义在标准库中的类型来处理IO。
这些类型支持从设备读取数据、向设备写入数据的IO操作，设备可以是文件、控制台窗口等。
还有一些类型允许内存IO，即，从string读取数据，向string写入数据。

1. IO类

1.1 头文件和IO库类型：

• 头文件：
  • istream，wistream从流读取数据
  • ostream，wostream向流写入数据
  • iostream，wiostream读写流
• 头文件：
  • ifstream，wifstream从文件读取数据
  • ofstream，wofstream向文件写入数据
  • fstream，wfstream读写文件
• 头文件：
  • istringstream，wistringstream从string读取数据
  • ostringstream，wostringstream向string写入数据
  • stringstream，wstringstream读写string

类型ifstream和istringstream都继承自istream。

类型ofsteram和ostringstream都继承自ostream。

1.2 IO对象不支持拷贝或赋值

ofstream out1, out2;
out1 = out2;                        // 错误：不能对流对象赋值
ofstream print(ofstream);           // 错误：不能初始化ofstream参数
out2 = print(out2);                 // 错误：不能拷贝流对象 
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由于不能拷贝流对象，因此我们不能将形参或返回值类型设置为流类型。
进行IO操作的函数通常以引用方式传递和返回流。
读写一个IO对象会改变其状态，因此传递和返回的引用不能是const的。

1.3 条件状态

IO操作一个与生俱来的问题是可能发生错误。一些错误是可恢复的，而其他错误则发生在系统深处，已经超出了应用程序可以修正的范围。

IO库条件状态：

一个流一旦发生错误，其上后续的IO操作都会失败。
只有当流处于无错状态时，我们才可以从它读取数据，向他写入数据。
代码通常应该在使用一个流之前检查它是否处于良好状态。
确定一个流对象的状态的最简单的方法是将它作为一个条件来使用：

while (cin >> word) {
    // ok: 读操作成功...
}
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查询流的状态

将流作为条件使用，只能告诉我们流是否有效，而无法告诉我们具体发生了什么。
有时我们也需要知道流为什么失败。例如，在键入文件结束符标识后我们的应对措施，可能与遇到一个IO设备错误的处理方式是不同的。

IO库定义了一个与机器无关的iostate类型。这个类型应作为一个位集合来使用。
IO库定义了4个iostate类型的constexpr值，表示特定的位模式。这些值用来表示特定类型的IO条件，可以与位运算符一起使用来一次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。通常情况下，一旦badbit被置位，流就无法再使用了。
• failbit：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。这种问题通常是可以修正的，流还可以继续使用。
• eofbit：如果到达文件结束位置，eofbit和failbit都会被置位。
• goodbit：值为0，表示流未发生错误。

如果badbit、failbit和eofbit任一个被置位，则检测流状态的条件会失败。

标准库还定义了一组函数来查询这些标志位的状态：

• good()：在所有错误位均未置位的情况下返回true
• bad()、fail()、eof()：在对应错误位被置位时返回true。此外，在badbit被置位时，fail()也会返回true。这意味着，使用good()或fail()是确定流总体状态的正确方法。实际上，我们将流当作条件使用的代码就等待于!fail()。而eof和bad操作只能表示特定的错误。

1.4 管理缓冲输出

向输出流输出数据时，有可能被操作系统保存在缓冲区中，随后再输出到目标。

刷新缓冲区：

• 使用操纵符endl来刷新输出缓冲区
• 使用操纵符flush和ends刷新输出缓冲区：
  flush刷新缓冲区，但不会输出任何额外字符。ends向缓冲区插入一个空字符，然后刷新缓冲区。

unitbuf操纵符：
如果想在每次输出操作之后都刷新缓冲区，我们可以用unitbuf操纵符。它告诉流在接下来的每次写操作之后都进行一次flush操作。而nounitbuf操纵符则重置流，使其恢复正常的系统管理的缓冲区刷新机制。

默认情况下，对cerr是设置unitbuf的，因此写到cerr的内容都是立即刷新的。

注意：如果程序异常终止，输出缓冲区是不会被刷新的。当一个程序崩溃后，它所输出的数据很可能停留在输出缓冲区中等待打印。

2. 文件输入输出

2.1 fstream特有的操作

除了继承自iostream类型的行为之外，fstream还增加了一些新的成员来管理与流关联的文件。
我们可以对fstream、ifstream和ofstream对象调用这些操作。

fstream特有的操作

成员函数open和close

如果我们定义了一个空文件流对象，可以随后调用open来将它与文件关联起来：

ifstream in(ifile);
ofstream out;                       // 输出文件流未与任何文件关联
out.open(ifile + ".copy");          // 打开指定文件
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如果调用open失败，failbit会被置位。因为调用open可能失败，进行open是否成功的检测通常是一个好习惯：

if (out) { // 检查open是否成功
    //open成功，我们可以使用文件了
}
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对一个已经打开的文件流调用open会失败，并会导致failbit被置位。随后的视图使用文件流的操作都会失败。为了将文件流关联到另外一个文件，必须首先关闭已经关联的文件：

in.close();
in.open(ifile + "2");
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析构

当一个fstream对象被销毁时，close会自动被调用。

2.2 文件模式

文件模式有如下限制：

• 只可以对ofstream和fstream对象设定out模式
• 只可以对ifstream和fstream对象设定in模式
• 只有当out也被设定时才可以设定trunc模式
• 只要trunc没有设定，就可以设定app模式。在app模式下，即使没有显示指定out模式，文件也总是以输出方式打开。
• 默认情况下，即使我们没有指定trunc，以out模式打开的文件也会被截断。为了保留out模式打开的文件内容，我们必须同时指定app模式，或者同时指定in模式。
• ate和binary可用于任何类型的文件流对象，且可以与其他任何文件模式组合使用。

默认文件模式：
每个文件流类型都定义了一个默认的文件模式。
与ifstream关联的文件默认以in模式打开；与ofstream关联的文件默认以out模式打开；与fstream关联的文件默认以in和out模式打开。

每次打开文件时，都要设置文件模式，可能时显式地设置，也可能是隐式地设置：

ofstrean out;
out.open("test1.txt");                  // 隐含设置为输出和截断
out.close()
out.open("test2.txt", ofstream::app);   // 设置为输出和追加
out.close()
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3. string流

sstream头文件定义了三个类型来支持内存IO。

istringstream从string读数据。
ostringstream向string写入数据。
stringstream既可以从string读数据也可向string写数据。

头文件sstream中定义的类型都继承自iostream头文件中定义的类型。
除了继承得来的操作，sstream中定义的类型还增加了一些特有的操作。

stringstream的特有操作：