CPP Programming | Chapter 7：深入IO

Chapter 7 深入IO

IOStream概述

IOStream采用流式I/O而非记录I/O，但可以在此基础上引入结构信息
所处理的两个主要问题
- 表示形式的变化：使用格式化/解析在数据的内部表示与字符序列之间转换
- 与外部设备的通信：针对不同的外部设备（终端、文件、内存）引入不同的处理逻辑
所涉及到的操作（输出流序列）
- 格式化/解析
- 缓存
- 编码转换
- 传输
采用模板来封装字符特性，采用继承来封装设备特性
- 常用的类型实际上是类模板实例化的结果
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  #include <fstream>
  std::ifstream x;

输入与输出

输入与输出分为格式化和非格式化两类
非格式化I/O：不涉及数据表示行驶的变化
- 常用输入函数：get / read / getline / gcount
- 常用输出函数：put / write
格式化I/O：使用移位操作符来进行输入（>>）与输出（<<）
- c++通过操作符重载以支持内建数据类型的格式化I/O
- 可以通过重载操作符以支持自定义类型的格式化I/O

格式控制

可以接收位掩码类型（showpos）、字符类型（fill）与取值相对随意（width）的格式化参数

```c++ std::cout.setf(std::ios_base::showpos); // 输出如果是正数，自动加正号 std::cout<< x <<std::endl; std::cout.width(10); // 输出10个字符，不足10个的，前面用空格替代. std::cout.fill('.'); // 用'.'替代上一条语句中设定的空格


  - 注意width方法的特殊性：触发后被重置

- 操作符

  - 简化格式化参数的设置
  - 触发实际的插入与提取操作

- 提取会放松对格式的限制`cin<<x;`

- 提取C风格字符串时要小心内存越界`setw(10)避免内存越界`

- ```c++
  #include <iomanip>
  cout<< showpos << setw(10) << setfill('.') << x;

cout<< showpos << x;

文件与内存操作

文件操作

basic_ifstream / basic_ofstream / basic_fstream

#include <iostream>
#include <fstream>
int main()
{
	std::ofstream outFile("my_file"); // 输出流
	outFile << "Hello\n"
}

#include <iostream>
#include <fstream>
int main()
{
	std::ifstream inFile("my_file"); // 输入流
	std::string x;
	inFile >> x;
	std::cout << x << '\n';
}

文件流可以处于打开/关闭两种状态，处于打开状态时无法再次打开，只有打开时才能I/O
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.is_open()
.open()
.close()

文件流的打开模式

``` in 打开以供读取 out 打开以供写入 ate 表示起始位置位于文件末尾 app 附加文件，即总是项文件尾写入 trunc 截断文件，即删除文件中的内容 binary 二进制模式


  - 每种文件流都有缺省的打开方式

  - 注意ate和app的异同

  - binary能静止系统特定的转换

  - 避免意义不明确的流使用方式（如ifstream+out）

- 合法的打开方式组合

  ```c++
  in    只读打开
  out | trunc    如果文件存在，将长度截断为0；否则建立文件以供写入
  out    如果文件存在，将长度截断为0；否则建立文件以供写入
  out | app    附加；打开或建立文本文件，仅供文件末尾写入
  in | out    打开文本文件供更新使用（支持读写）
  in | out | trunc    如果文件存在i，将长度截断为0；否则建立文件供更新使用

内存流：basic_istringstream/basic_ostringstream/basic_stringstream

#include <iostream>
#include <sstream>
int main()
{
	std::ostringstream obj1;
	obj1 << 1234;
    auto res = obj1.str();
    std::out<< res << std::endl;
}

#include <iostream>
#include <sstream>
int main()
{
	std::ostringstream obj1;
	obj1 << 1234;
    auto res = obj1.str();

	std::istringstream obj2(res);
	int x;
    obj2 >> x;
    std::out<< x << std::endl;
}

也会受打开模式影响（in/out/ate/app）
使用str()方法获取底层所对应的字符串
- 小心避免使用str().c_str()的形式获取C风格字符串

基于字符串流的字符串拼接优化操作

std::ostringstream obj;
obj << "Hello";
obj << " world";
obj << "Hello";
obj << " world";
std::cout << obj.str() << std::endl;

流的状态

iostate
- failbit / badbit / eofbit / goodbit
检测流的状态
- good() / fail() / bad() / eof() 方法
- 转换为bool值（参考cppreference）
注意区分fail与eof
- 可能会被同时设置，但二者含义不同
- 转换为bool值时不会考虑eof
通常来说，只要流处于某种错误状态时，插入/提取操作就不会生效
复位流状态
- clear：设置流的状态为具体的值（缺省为goodbit）
- setState：将某个状态附加到现有的流状态上
捕获流异常：exceptions方法

流的定位

获取流的位置
- tellg() / tellp() 可以用于获取输入 / 输出流的位置（pos_type类型）
- 两个方法可能会失败，此时返回 pos_type(-1)
设置流位置
- seekg() / seekp() 用于设置输入 / 输出流的位置（覆盖而非插入）
- 这两个方法分别有两个重载版本
  - 设置绝对位置：传入 pos_type 进行设置
  - 设置相对位置：通过偏移量（字符个数 ios_bose::beg）+ 流位置符号的方式设置
    - ios_base::beg
    - ios_base::cur
    - ios_base::end

  #include <sstream>
  #include <iostream>
  int main()
  {
    std::ostringstream os("hello, world");
    os.seekp(7);
    os << 'W';
    os.seekp(0,std::ios_base::end);
    os << '!';
    os.seekp(0);
    os << 'H';
    std::cout << os.str() << '\n';
  }

流的同步

基于flush() / sync() / unitbuf 的同步
- flush() 用于输出流同步，刷新缓冲区
  - std::flush; cout.flush();
- sync() 用于输入流同步，其实现逻辑是编译器所定义的
- 输出流可以通过设置 unitbuf 来保证每次输出后自动同步
基于绑定（tie）的同步
- 流可以绑定到一个输出流上，这样在每次输入 / 输出前可以刷新输出流的缓冲区
- 比如：cin 绑定到了cout上
与C语言标准IO库的同步
- 缺省情况下，C++的输入输出操作会与C的输入输出函数同步
- 可以通过sync_with_stdio关闭该同步