C++ 基本输入/输出

C++ 基本输入/输出 (I/O)

C++ 使用基于流（stream）的方法处理输入和输出。流是 I/O 设备（如键盘、屏幕、文件、网络连接）的抽象表示，被视为字节序列。本章涵盖使用标准流进行控制台 I/O 的基础知识。

输入操作涉及字节从输入设备（例如键盘）流向内存。输出操作涉及字节从内存流向输出设备（例如显示屏）。

I/O 库头文件

C++ 的 I/O 功能由多个头文件提供：

头文件 (Header File)	功能和描述 (Function and Description)
`<iostream>`	定义了核心标准 I/O 流对象：`std::cin`（标准输入）、`std::cout`（标准输出）、`std::cerr`（标准错误，无缓冲）和 `std::clog`（标准错误，缓冲）。
`<iomanip>`	提供了用于格式化输出的流操纵符（stream manipulators）（例如，`std::setw` 设置字段宽度，`std::setprecision` 设置浮点精度，`std::fixed`，`std::scientific`）。
`<fstream>`	声明了用于文件 I/O 的类：`std::ifstream`（文件输入）、`std::ofstream`（文件输出）、`std::fstream`（文件输入/输出）。
`<sstream>`	声明了用于字符串 I/O 的类：`std::istringstream`（字符串输入）、`std::ostringstream`（字符串输出）、`std::stringstream`（字符串输入/输出）。对于解析和格式化字符串很有用。

标准输出流 (`std::cout`)

std::cout 是 ostream 类的一个预定义对象，通常连接到控制台显示器。它与流插入运算符（<<）一起使用，将数据（变量、字面值、表达式结果）发送到标准输出。

#include <iostream> // Required for std::cout, std::endl
#include <string>   // Recommended for using std::string

int main() {
    std::string message = "Hello C++ Modern I/O!";
    int year = 2023;

    // The << operator is overloaded for various data types. // << 运算符为各种数据类型进行了重载。
    std::cout << "Message: " << message << std::endl;
    std::cout << "Year: " << year << std::endl;
    std::cout << "Next year: " << year + 1 << std::endl;

    // std::endl inserts a newline character ('\n') and flushes the output buffer. // std::endl 插入换行符 ('\n') 并刷新输出缓冲区。
    // '\n' alone just inserts a newline and might be slightly more performant // 仅使用 '\n' 只插入换行符，如果不需要立即刷新，性能可能会略好。
    // if immediate flushing isn't needed.
    std::cout << "End of program.\n";

    return 0;
}

输出：

Message: Hello C++ Modern I/O!
Year: 2023
Next year: 2024
End of program.

<< 运算符可以链式使用，以便在单个语句中输出多个项。编译器会自动确定数据类型并使用正确的 << 重载。

标准输入流 (`std::cin`)

std::cin 是 istream 类的一个预定义对象，通常连接到键盘。它与流提取运算符（>>）一起使用，从标准输入读取数据并将其存储到变量中。

#include <iostream>
#include <string>
#include <limits> // Required for std::numeric_limits // 用于 std::numeric_limits

int main() {
    std::string name;
    int age;

    std::cout << "Please enter your first name: ";
    std::cin >> name; // Reads input until whitespace is encountered // 读取输入直到遇到空白字符

    std::cout << "Please enter your age: ";
    std::cin >> age;

    // Check if input failed (e.g., user entered text for age) // 检查输入是否失败（例如，用户为年龄输入了文本）
    if (std::cin.fail()) {
        std::cerr << "Error: Invalid input for age.\n"; // 错误：年龄输入无效。
        // Clear the error state // 清除错误状态
        std::cin.clear();
        // Ignore the rest of the invalid input line // 忽略输入行中其余的无效内容
        std::cin.ignore(std::numeric_limits<std::streamsize>::max(), '\n');
        return 1; // Indicate error // 指示错误
    }

    std::cout << "Hello, " << name << "! You are " << age << " years old." << std::endl;

    // Consume the leftover newline character from the previous input // 消耗掉之前输入留下的换行符
    std::cin.ignore(std::numeric_limits<std::streamsize>::max(), '\n');

    std::string fullName;
    std::cout << "Please enter your full name: ";
    // Use std::getline to read the entire line, including spaces // 使用 std::getline 读取整行，包括空格
    std::getline(std::cin, fullName);
    std::cout << "Your full name is: " << fullName << std::endl;

    return 0;
}

示例交互：

Please enter your first name: Alice
Please enter your age: 30
Hello, Alice! You are 30 years old.
Please enter your full name: Alice Wonderland
Your full name is: Alice Wonderland

std::cin 的关键点：

>> 运算符通常会跳过前导空白字符（如空格、制表符）并在第一个尾随空白字符（空格、制表符、换行符）处停止读取。
要读取整行内容（包括空格），请使用 std::getline(std::cin, your_string_variable);。
如果用户输入了不兼容类型的数据（例如，在期望数字时输入文本），输入可能会失败。在输入操作后，始终检查 std::cin 的状态（例如，使用 std::cin.fail() 或在布尔上下文检查流，如 if (std::cin >> age)），并适当地处理错误。
混合使用 >> 和 std::getline 需要小心，因为 >> 通常会在输入缓冲区中留下换行符（\n），紧随其后的 std::getline 会立即消耗掉它，导致意外的空输入。在 >> 之后调用 std::getline 之前，使用 std::cin.ignore() 丢弃剩余字符，特别是换行符。

标准错误流 (`std::cerr`)

std::cerr 是一个 ostream 对象，通常连接到控制台显示器，专门用于错误消息。它是无缓冲的（unbuffered），这意味着发送到 std::cerr 的输出会立即被刷新（显示）。这确保了即使程序随后崩溃，错误消息也能及时出现。

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>

int main() {
    std::string filename = "nonexistent_file.txt";
    std::ifstream infile(filename);

    if (!infile.is_open()) {
        // Use cerr for error messages // 使用 cerr 输出错误消息
        std::cerr << "Error: Failed to open file '" << filename << "'" << std::endl;
        return 1; // Indicate failure // 指示失败
    }

    // ... process file ... // ... 处理文件 ...
    infile.close();
    return 0;
}

输出（如果文件不存在）：

Error: Failed to open file 'nonexistent_file.txt'

标准日志流 (`std::clog`)

std::clog 是另一个 ostream 对象，也通常连接到控制台，用于记录信息。与 std::cerr 不同，std::clog 是缓冲的（buffered）。输出可能会被保存在缓冲区中，只有当缓冲区满、手动刷新或程序正常结束时才会被写入。这对于频繁的日志消息来说比无缓冲输出更高效。

#include <iostream>

int main() {
    // Use clog for general logging or progress messages // 使用 clog 输出通用日志或进度消息
    std::clog << "Log: Program starting initialization phase." << std::endl;
    // ... some operations ... // ... 一些操作 ...
    std::clog << "Log: Initialization complete." << std::endl;
    return 0;
}

使用 std::cout 用于正常的程序输出，std::cerr 用于错误，std::clog 用于日志/状态消息。这种分离允许用户在需要时独立重定向这些流（例如，将错误重定向到单独的文件）。

C++ 基本输入/输出

C++ 基本输入/输出 (I/O)

I/O 库头文件

标准输出流 (std::cout)

标准输入流 (std::cin)

标准错误流 (std::cerr)

标准日志流 (std::clog)

标准输出流 (`std::cout`)

标准输入流 (`std::cin`)

标准错误流 (`std::cerr`)

标准日志流 (`std::clog`)