C++IO流

一. 流 (Streams) 的核心概念

在 C++ 中，所有 I/O 操作都涉及流对象。流对象将程序与实际的 I/O 设备（如键盘、屏幕、文件或网络）隔离开来。

A. 基本流类

类名	描述	关键用途
`std::istream`	输入流的抽象基类。	从设备读取数据。
`std::ostream`	输出流的抽象基类。	向设备写入数据。
`std::iostream`	既能输入又能输出的流。	文件读写、网络通信等。

B. 标准 I/O 流对象（在 `<iostream>` 中定义）

C++ 启动时，会自动创建并打开四个标准的流对象，它们是全局可用的：

对象	类型	描述	默认目标
`std::cin`	`std::istream`	标准输入流。	键盘 (Keyboard)
`std::cout`	`std::ostream`	标准输出流。	屏幕 (Screen/Console)
`std::cerr`	`std::ostream`	标准错误流。	屏幕 (无缓冲，用于立即显示错误)
`std::clog`	`std::ostream`	标准日志流。	屏幕 (带缓冲，用于日志记录)

二. 基本的输入/输出操作符

C++ 的 I/O 依赖于两个重载的运算符：

A. 插入运算符（Insertion Operator）: `<<`

用于将数据插入到输出流（如 cout）中。

int a = 42;
std::cout << "The value is: " << a << std::endl; 
// std::endl 也是一个操作符，用于插入换行符并刷新缓冲区。

B. 提取运算符（Extraction Operator）: `>>`

用于将数据从输入流（如 cin）中提取到变量中。

int number;
std::cout << "Enter a number: ";
std::cin >> number; // 尝试从输入缓冲区读取一个整数到 number

三. 文件 I/O (File I/O)

要进行文件操作，需要包含 <fstream> 头文件。

1. 文件流的类和类型

文件 I/O 主要通过以下三个类实现，它们都继承自标准的 I/O 流：

类名	继承自	描述	主要用途
`std::ofstream`	`std::ostream`	文件输出流 (Output File Stream)。	用于写入数据到文件。
`std::ifstream`	`std::istream`	文件输入流 (Input File Stream)。	用于读取数据从文件。
`std::fstream`	`std::iostream`	文件输入/输出流。	用于同时读写同一个文件。

2. 打开文件：模式

当你创建文件流对象时，需要指定文件打开的模式（std::ios::openmode）。这些模式可以组合使用（通过位或运算符 |）。

模式标志	描述	默认设置
`std::ios::in`	读模式。允许从文件读取数据。	`ifstream` 的默认模式。
`std::ios::out`	写模式。允许向文件写入数据。如果文件已存在，会清空文件内容。	`ofstream` 的默认模式。
`std::ios::app`	追加模式 (Append)。所有写入操作都在文件末尾进行。
`std::ios::trunc`	截断模式 (Truncate)。如果文件存在，清空其内容（与 `out` 相同）。	`ofstream` 的默认行为包含此功能。
`std::ios::binary`	二进制模式。不进行任何数据转换（如换行符转换）。
`std::ios::ate`	定位到文件末尾 (At End)。文件打开后，立即将读写指针定位到文件末尾。

3. 文件操作的基本步骤

文件 I/O 的过程通常包含三个步骤：

步骤 A: 创建并打开文件

你可以通过构造函数或 open() 成员函数来打开文件。

方式 1: 构造函数（推荐）

ofstream::ofstream(char* pFileName,int mode=ios::out,int prot=filebuf::openprot);

std::ofstream outFile("data.txt"); // 默认使用 std::ios::out 模式
std::ifstream inFile("data.txt", std::ios::in); 

// 组合模式：以追加和二进制模式打开
std::fstream logFile("log.bin", std::ios::out | std::ios::app | std::ios::binary);

方式 2: open() 函数

std::ofstream outFile;
outFile.open("data.txt", std::ios::out);

步骤 B: 检查文件是否打开成功

在尝试读写之前，必须检查文件流对象是否处于可用状态。

if (outFile.is_open()) {
    // 文件打开成功，进行读写操作
} else {
    std::cerr << "Error: Could not open the file." << std::endl;
}

// 也可以使用布尔运算符（更简洁）：
if (outFile) { /* ... */ }

步骤 C: 读写数据和关闭文件

文件流对象的使用方式与 std::cin 和 std::cout 类似。

写入数据 (ofstream)
使用插入运算符 <<：

outFile << "Score: " << 95 << std::endl;

读取数据 (ifstream)

格式化读取： 使用提取运算符 >>（读取到空白字符为止）。
int score;
inFile >> score;

逐行读取： 使用全局函数 std::getline()。

    std::string line;
    while (std::getline(inFile, line)) {
        // 处理 line
    }
```   

**关闭文件**
文件流对象离开作用域时会自动关闭，但显式调用 `close()` 是一个良好的习惯。
```C++
outFile.close();

四.I/O成员函数

1. `put()`：输出单个字符

put() 函数是 std::ostream 类的成员函数，用于向输出流中写入一个字符。

A. 语法

std::ostream& put(char c);

B. 描述

功能： 将字符 c 写入到流中。
返回值： 返回流对象的引用（允许方法链式调用）。
用途： 最常用于直接输出单个字符，特别是在需要处理原始字节流或在自定义 I/O 处理器中。

C. 示例

#include <iostream>

void demo_put() {
    std::cout.put('H');       // 写入 H
    std::cout.put('e');       // 写入 e
    std::cout.put('\n');      // 写入换行符
}
// 输出: H
//       e

2. `get()`：输入单个字符或字符串

get() 函数是 std::istream 类的成员函数，用于从输入流中读取数据。它有几种重载形式，但最常用的是读取单个字符和读取一行（但不提取定界符）。

A. 语法 (常用重载)

形式	返回值/类型	描述
单个字符 (1)	`int`	读取并返回流中的下一个字符。如果失败或 EOF，返回 `EOF`。
单个字符 (2)	`istream&`	读取下一个字符并存储到 `char& c` 中。
字符数组	`istream&`	读取个字符到，直到遇到定界符 `delim` 或读取个字符。

B.描述

与 >> 的区别： get() 不会跳过空白字符（如空格、制表符、换行符），而是将它们作为有效字符读取。
定界符处理： 读取字符数组时，get() 读取到定界符，但不将定界符从流中提取（定界符仍留在缓冲区中）。

C. 示例 (读取单个字符)

#include <iostream>

void demo_get_char() {
    char c1 = std::cin.get(); // 读取第一个字符 (可能是空格)
    char c2;
    std::cin.get(c2);         // 读取第二个字符
    
    // 假设输入: A B <Enter>
    // c1 = 'A'
    // c2 = ' ' (空格)
}

D. 示例 (读取字符串/行)

#include <iostream>

void demo_get_string() {
    char buffer[20];
    
    // 读取最多 19 个字符，直到遇到换行符 '\n' (默认定界符)
    std::cin.get(buffer, 20); 
    
    // 如果用户输入 "Hello World<Enter>"
    // buffer = "Hello World"
    // 换行符 '\n' 仍留在输入缓冲区中！
}

3. `getline()`：输入一整行

getline() 函数是 std::istream 类的成员函数，用于从流中读取一整行数据。

A. 语法 (istream 成员函数)

std::istream& getline(char* s, std::streamsize n, char delim = '\n');

_注意：与 std::getline(std::istream&, std::string&, char)（全局函数，用于 std::string）不同，这是用于 C 风格字符串的成员函数。_

B. 描述

功能： 读取最多个字符到指向的缓冲区，直到遇到定界符 delim（默认为 '\n'）。
定界符处理： getline() 会读取定界符，并将其从流中提取和丢弃，但不会存入目标字符串。
用途： 这是读取 C 风格字符串或字符数组时，最常用的整行输入方法，因为它处理了定界符，不会像 get() 那样在缓冲区中留下尾巴。

C. 示例

#include <iostream>

void demo_getline() {
    char name[50];
    
    std::cout << "Enter your full name: ";
    // 读取一行，直到 '\n' 被读取并丢弃
    std::cin.getline(name, 50); 
    
    std::cout << "Welcome, " << name << "!\n";
}

五.IO流控制

1）控制浮点数输出位数的核心方法

1. 基础：`fixed` + `setprecision(n)`

fixed：强制浮点数以固定小数位数的形式输出（而非科学计数法）。
setprecision(n)：配合 fixed 使用时，指定小数部分的位数（n 为位数）。

#include <iostream>
#include <iomanip> // 必须包含此头文件

using namespace std;

int main() {
    double pi = 3.1415926535;
    
    cout << fixed << setprecision(2) << pi << endl; // 输出 3.14（保留2位小数）
    cout << fixed << setprecision(4) << pi << endl; // 输出 3.1416（保留4位小数）
    
    return 0;
}

2. 不使用 `fixed` 时的 `setprecision(n)`

若不配合 fixed，setprecision(n) 控制的是整个浮点数的有效数字位数（包括整数部分）：

double num = 123.4567;
cout << setprecision(4) << num << endl; // 输出 123.5（共4位有效数字，四舍五入）

3. 恢复默认输出格式：`resetiosflags`

使用 fixed 或 setprecision 后，格式会一直生效，直到被重置：

double pi = 3.1415926535;
cout << fixed << setprecision(2) << pi << endl; // 3.14

// 重置为默认格式（取消fixed，精度恢复默认）
cout << resetiosflags(ios::fixed) << setprecision(6) << pi << endl; // 3.14159（默认6位有效数字）

2）是否有输入检测

问题描述

输入包含多组测试样例，每组数据为一行，由一个或多个大写字母组成（用空格分隔）。
需要持续读取每行输入，直到输入结束（如 EOF），考察对循环读取多行数据的掌握。

代码

getline(cin, line) 是 C++ 中用于读取一行字符串的输入函数，定义在 <string> 头文件中，通常与标准输入流 cin 配合使用。它的核心功能是从输入流中读取一整行字符（包括空格），直到遇到换行符 \n 为止，并将读取的内容存储到字符串变量 line 中（换行符本身不会被存入字符串）。

istringstream iss(line);

作用：创建一个字符串输入流 iss，并将之前读取的整行字符串 line 作为该流的输入源。
用途：istringstream 是 C++ 标准库 <sstream> 中的类，它允许像操作输入流（如 cin）一样操作字符串，方便按空格空格、制表符等分隔隔符拆分字符串。
举例：如果 line 是 "A B C D"，iss 就像同一个包含这些字符的输入流，后续可以用 >> 运算符逐个读取其中的子串（"A"、"B"、"C"、"D"）。

用 iss >> grade 从字符串流中逐个读取子串（按空格拆分），存入 grade 中。

#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <string>
#include <sstream>

using namespace std;

int main() {
    string line;
    // 持续读取每行输入（多组测试样例）
    while (getline(cin, line)) {
        istringstream iss(line);  // 用于拆分每行的字符串
        string grade;
        int total = 0;  // 总绩点
        int count = 0;  // 有效字母个数
        bool valid = true;  // 标记是否所有字母都合法
        
        // 拆分并处理每个字母
        while (iss >> grade) {
            // 只处理单个字符的等级（题目中为大写字母）
            if (grade.size() != 1) {
                valid = false;
                break;
            }
            char c = grade[0];
            switch (c) {
                case 'A': total += 4; break;
                case 'B': total += 3; break;
                case 'C': total += 2; break;
                case 'D': total += 1; break;
                case 'F': total += 0; break;
                default:  // 非法字母
                    valid = false;
                    break;
            }
            if (!valid) break;
            count++;
        }
        
        // 输出结果
        if (valid && count > 0) {
            double avg = static_cast<double>(total) / count;
            cout << fixed << setprecision(2) << avg << endl;
        } else {
            cout << "Unknown" << endl;
        }
    }
    return 0;
}

3）设置值的输出宽度

1. 使用 `std::setw`

std::setw(n) 会设置下一个输出字段的最小宽度为个字符。

头文件: 你需要包含 <iostream> 和 <iomanip>。
特性:
- 它只影响紧随其后的一个输出项。一旦该项输出完毕，输出宽度会恢复到默认的“所需宽度”。
- 如果输出值所需的宽度超过你设置的，setw 不会截断值，而是会打印整个值。
- 默认情况下，std::setw 会进行右对齐。

示例：

#include <iostream>
#include <iomanip> // 必须包含这个头文件

int main() {
    int a = 123;
    double b = 45.67;
    std::string s = "Hello";

    std::cout << "--- 宽度为 8 ---" << std::endl;
    // 设置下一个输出项的宽度为 8
    std::cout << std::setw(8) << a << std::endl;

    // 每次使用前都需要重新设置 setw
    std::cout << std::setw(8) << b << std::endl;

    // 对字符串也有效
    std::cout << std::setw(8) << s << std::endl;

    std::cout << "--- 多个项在同一行 ---" << std::endl;
    std::cout << "|" << std::setw(10) << "Value1"
              << "|" << std::setw(10) << "Value2"
              << "|" << std::endl;

    std::cout << "|" << std::setw(10) << 100
              << "|" << std::setw(10) << 5.5
              << "|" << std::endl;

    return 0;
}

输出：

--- 宽度为 8 ---
     123
   45.67
   Hello
--- 多个项在同一行 ---
|    Value1|    Value2|
|       100|       5.5|

2. 配合其他操作符使用

你可以使用其他操作符来改变对齐方式和填充字符：

操作符	作用
`std::left`	左对齐 (默认为 `std::right`)
`std::right`	右对齐 (默认)
`std::setfill(char)`	设置用来填充多余宽度的字符 (默认为空格 ‘ ‘)

4）强制显示小数点和符号

1.使用 `std::showpoint`强制显示小数点

std::showpoint: 强制在浮点数输出中包含小数点，即使其后没有数字需要显示。直到被 std::noshowpoint 取消。

示例：

#include <iostream>

int main() {
    double value = 123.0;

    std::cout << "默认输出: " << value << std::endl; // 输出: 123

    std::cout << "使用 showpoint: ";
    // 强制显示小数点。该设置会保持，直到被 noshowpoint 取消。
    std::cout << std::showpoint << value << std::endl; // 输出: 123.0

    return 0;
}

2. 强制显示符号

默认情况下，只有负数会显示负号 (-)。要强制正数也显示正号 (+)，你需要使用 std::showpos。
std::showpos: 强制在正数前面显示加号 (+)。一旦设置，它将永久保持，直到被 std::noshowpos 取消。

示例：

#include <iostream>

int main() {
    int pos_int = 100;
    int neg_int = -50;
    double pos_float = 12.5;

    std::cout << "--- 默认输出 ---" << std::endl;
    std::cout << "正整数: " << pos_int << std::endl;   // 输出: 100
    std::cout << "负整数: " << neg_int << std::endl;   // 输出: -50

    std::cout << "--- 强制显示符号 ---" << std::endl;

    // 强制显示正号
    std::cout << std::showpos; 

    std::cout << "正整数: " << pos_int << std::endl;   // 输出: +100
    std::cout << "负整数: " << neg_int << std::endl;   // 输出: -50 (不受影响)
    std::cout << "正浮点数: " << pos_float << std::endl; // 输出: +12.5

    // 恢复默认设置（可选）
    std::cout << std::noshowpos;

    return 0;
}

一. 流 (Streams) 的核心概念

A. 基本流类

B. 标准 I/O 流对象（在 <iostream> 中定义）

二. 基本的输入/输出操作符

A. 插入运算符（Insertion Operator）: <<

B. 提取运算符（Extraction Operator）: >>

三. 文件 I/O (File I/O)

1. 文件流的类和类型

2. 打开文件：模式

3. 文件操作的基本步骤

步骤 A: 创建并打开文件

步骤 B: 检查文件是否打开成功

步骤 C: 读写数据和关闭文件

四.I/O成员函数

1. put()：输出单个字符

A. 语法

B. 描述

C. 示例

2. get()：输入单个字符或字符串

A. 语法 (常用重载)

B.描述

C. 示例 (读取单个字符)

D. 示例 (读取字符串/行)

3. getline()：输入一整行

A. 语法 (istream 成员函数)

B. 描述

C. 示例

五.IO流控制

1）控制浮点数输出位数的核心方法

1. 基础：fixed + setprecision(n)

2. 不使用 fixed 时的 setprecision(n)

3. 恢复默认输出格式：resetiosflags

2）是否有输入检测

问题描述

代码

3）设置值的输出宽度

1. 使用 std::setw

2. 配合其他操作符使用

4）强制显示小数点和符号

1.使用 std::showpoint强制显示小数点

2. 强制显示符号

B. 标准 I/O 流对象（在 `<iostream>` 中定义）

A. 插入运算符（Insertion Operator）: `<<`

B. 提取运算符（Extraction Operator）: `>>`

1. `put()`：输出单个字符

2. `get()`：输入单个字符或字符串

3. `getline()`：输入一整行

1. 基础：`fixed` + `setprecision(n)`

2. 不使用 `fixed` 时的 `setprecision(n)`

3. 恢复默认输出格式：`resetiosflags`

1. 使用 `std::setw`

1.使用 `std::showpoint`强制显示小数点