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1 - 初探IO库

介绍

程序的基本任务是接收输入和生成输出（IO）。在C语言中，printf()和scanf()可以灵活地处理IO，但它们不能很好地处理错误，处理自定义数据类型不够灵活，也不是类型安全的。

C++通过一种叫做 流(Stream) 的机制提供了更精良的IO方法，它很灵活，且面向对象，只需通过<<或>>运算符就能操控数据流。

IO库的组成

C++中的IO库结构如下：

C++定义了ios这个基类，它用于定义输入输出的最基本操作，而istream和ostream这两个类直接继承自ios类。

首先是用户流/控制台流：

ostream类定义了数据从内存到输出设备流动的功能，例如cout
istream类定义了数据从输入设备到内存流动的功能，例如cin

iostream则综合上边的功能，定义了上边的输入输出流，我们引入这个头文件就能用用户流了：

流	说明
`cin`	输入流，从“输入控制台”读取数据
`cout`	缓冲的输出流，向“输出控制台”写入数据
`cerr`	非缓冲的输出流，向“错误控制台”写入数据（通常等同于“输出控制台”）
`clog`	`cerr`的缓冲版本

此外，这些流还有宽字符版本（wcin等），适用于中文等语言。

然后是文件流：

ifstream继承自istream，定义了数据从磁盘到内存流动的功能。
ofstream继承自ostream，定义了数据从内存到磁盘流动的功能。
fstream则综合上边的功能，我们引入这个头文件就能用文件流了。

最后是 字符串流，可以让我们像处理流一样处理字符串：

istringstream继承自istream，定义了数据从指定字符串到特定内存流动的功能。
ostringstream继承自ostream，定义了数据从特定内存到指定字符串流动的功能。
sstream则综合上边的功能，我们引入这个头文件就能用字符串流了。

注意事项

流对象的传递

形如

istream myCin(cin);

ifstream if1, if2;
if2 = if1;

的代码将无法通过编译。因此使用流对象时 无法使用值传递，一般使用引用传递，防止内存泄漏。一般的例子就是重载<</>>运算符。

流对象的状态

错误的状态

在IO操作过程中，可能会出现一些错误。有的错误可以被修复，而有的则发生在系统底层，已经超出了用户程序可以修正的范围。为了避免在IO过程中出错导致程序崩溃，我们在使用流对象时应判断流对象的状态。

可以通过rdstate()来查看流的状态，它返回iostate类型，在VS中是int，用不同的位代表不同的状态。常见的状态如下：

状态	说明
`badbit`	系统级致命错误，此位为1说明流对象无法使用
`failbit`	可修复的错误。当`badbit`为1时，此位也是1
`eofbit`	数据流当前位置为文件尾。当此位是1时，`failbit`也是1
`goodbit`	表示流对象没有任何错误

错误的检测

标准库还定义了一组成员函数用来查询流的状态：

.good()：所有错误位均为0时，返回true
.bad()，.fail()，.eof()：对应位为1时返回true，用.fail()较准确

错误的处理

一段标准的输入处理代码如下：

int item;

// 确认cin状态良好, 且没有到达文件尾
// 可用if, while
while(cin >> item, !cin.eof())
{
    // cin发生致命错误, 无法修复
    if (cin.bad())
    {
        throw runtime_error("cin is corrupted");
    }
    // 本次cin操作失败
    else if (cin.fail())
    {
        // 重置cin的状态, 并丢弃输入内容
        cin.clear();
        cin.ignore(numeric_limits<std::streamsize>::max(), '\n');
        // 这里知道是格式错误, 直接输出错误信息
        cerr << "Data format error, please try again" << endl;
    }
    
    // cin成功, 正常业务处理
    cout << item << endl;
}

流对象的管理

rdstate()：获取当前流状态
setstate(flag)：将流对象设置为想要的状态
clear()：将流状态的所有标志位复位
ignore()：获取流中的数据并丢弃它们。

函数原型：
```
istream& ignore(streamsize n = 1, int delim = EOF)
```
读取到前 n 个字符或在读这 n 个字符进程中遇到 delim 字符就停止，把读取的这些东西丢掉

参考资料

飘零的落花 - 现代C++详解
C++20高级编程

介绍​

IO库的组成​

注意事项​

流对象的传递​

流对象的状态​

错误的状态​

错误的检测​

错误的处理​

流对象的管理​

参考资料​

介绍