C++_IO库

IO 库

C++ 的 IO（输入输出）基于流（stream）。

可以把流理解成：
数据流动的通道

• 输入流：数据流入程序
• 输出流：数据从程序流出

常见对象：

• cin：标准输入
• cout：标准输出
• cerr：标准错误输出

常见操作：

• >>：读入数据
• <<：输出数据
• getline：读取一整行

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IO 库的常见组件

• istream：输入流类型
• ostream：输出流类型
• iostream：既能输入也能输出的流类型
• cin：istream 对象，从标准输入读
• cout：ostream 对象，向标准输出写
• cerr：ostream 对象，通常输出错误信息
• >>：从输入流提取数据
• <<：向输出流插入数据
• getline：从输入流读取一行到 string

IO 库类型和头文件

头文件	主要类型
iostream	istream、ostream、iostream
fstream	ifstream、ofstream、fstream
sstream	istringstream、ostringstream、stringstream

说明：

• iostream：控制台 IO
• fstream：文件 IO
• sstream：字符串 IO

宽字符版本

很多 IO 类型还有宽字符版本，名字前加 w：

• wcin
• wcout
• wcerr
• wifstream
• wostringstream

基础阶段一般先掌握普通字符版本即可。

IO 对象不能拷贝

IO 对象不能拷贝、不能赋值。

因此：

• 不能按值传递流对象
• 不能返回流对象（按值）
• 通常要用引用传递和返回

例如：

istream& read(istream &is) {
    int x;
    is >> x;
    return is;
}

注意：

• 因为读写流会改变流状态，所以通常不能是 const 引用

标准输入输出

cin、cout、cerr

int x;
cin >> x;
cout << x << endl;
cerr << "error" << endl;

说明：

• cin：读数据
• cout：正常输出
• cerr：错误信息，通常不经过普通缓冲或更适合及时显示错误

>> 运算符

>> 从输入流中读取数据，并跳过开头的空白字符（空格、换行、Tab 等）。

int n;
string s;
cin >> n >> s;

特点：

• 以空白作为分隔
• 读 string 时，遇到空格就停止

例如输入：

hello world

string s;
cin >> s;

结果 s == "hello"

getline

getline 用于读取一整行，包括空格，直到换行符为止。

string line;
getline(cin, line);

例如输入：

hello world

则 line == "hello world"

>> 与 getline 混用问题

这是常见易错点。

int n;
string line;

cin >> n;
getline(cin, line);

getline 可能读到的是上一次输入留下的换行符，导致 line 为空串。

解决方法：

cin >> n;
cin.ignore();
getline(cin, line);

或先处理掉换行符再读整行。

IO 条件状态

流对象会维护自己的状态，用来表示当前 IO 是否成功。

常见状态位：

状态	含义
badbit	流严重错误，流已损坏
failbit	本次 IO 操作失败
eofbit	到达文件结束
goodbit	流状态正常，值为 0

常用状态检查函数

函数	含义
s.eof()	到达文件末尾返回 true
s.fail()	发生失败或严重错误返回 true
s.bad()	严重错误返回 true
s.good()	流状态完全正常返回 true
s.rdstate()	返回当前状态
s.clear()	清除所有错误状态
s.clear(flags)	将状态设为指定值
s.setstate(flags)	添加某些状态位

流作为条件

最常见写法：

int x;
while (cin >> x) {
    cout << x << endl;
}

原因：

• cin >> x 成功时，流处于可用状态，条件为真
• 输入失败时，条件为假，循环结束

这也是最推荐的输入循环方式。

输入失败后的恢复

例如输入类型不匹配：

int x;
cin >> x;

如果用户输入 "abc"，则读取失败，流进入失败状态。
这时后续输入通常也会继续失败，除非恢复状态：

cin.clear();              // 清除错误状态
cin.ignore(1000, '\n');   // 丢弃错误输入

管理输出缓冲

输出流通常带有缓冲区。
程序写入的数据可能先放进缓冲区，不会立刻显示或写到设备。

刷新缓冲区

常见刷新方式：

cout << endl;   // 输出换行并刷新缓冲区
cout << flush;  // 只刷新，不换行
cout << ends;   // 插入空字符并刷新（较少用）

说明：

• endl = 换行 + 刷新
• 如果只想换行，不一定要用 endl
• 频繁刷新会影响性能

例如：

cout << "hello\n";   // 只换行，不保证立刻刷新
cout << "hello" << endl; // 换行并刷新

unitbuf

可以让流在每次输出后都自动刷新：

cout << unitbuf;

取消：

cout << nounitbuf;

注意

如果程序异常崩溃，缓冲区中的内容可能来不及刷新，因此有些输出可能看不到。

文件输入输出

fstream 头文件支持文件 IO：

• ifstream：读文件
• ofstream：写文件
• fstream：读写文件

文件流的基本操作

创建并打开文件

ifstream in("input.txt");
ofstream out("output.txt");

也可以先创建，再打开：

ifstream in;
in.open("input.txt");

关闭文件

in.close();
out.close();

关闭后，该流不再和文件绑定。

判断是否成功打开

ifstream in("input.txt");
if (!in) {
    cerr << "open failed\n";
}

也可以：

if (in.is_open()) {
    // 成功打开
}

fstream 特有操作

操作	含义
fstream f;	创建未绑定文件的流
fstream f(s);	打开名为 s 的文件
fstream f(s, mode);	按指定模式打开文件
f.open(s);	打开文件
f.close();	关闭文件
f.is_open();	判断文件是否已打开

说明：

• s 可以是 string 或 C 风格字符串
• 文件流构造函数通常是 explicit

文件打开模式

常见文件模式：

模式	含义
in	读方式打开
out	写方式打开
app	每次写前定位到文件末尾
ate	打开后立即定位到文件末尾
trunc	截断文件原内容
binary	二进制方式打开

常见组合

ofstream out("a.txt");                       // 默认写
ofstream out("a.txt", ios::out | ios::app); // 追加写
ifstream in("a.txt", ios::in);              // 读
fstream f("a.txt", ios::in | ios::out);     // 读写

app 和 ate 的区别

• app：每次写之前都跳到文件末尾
• ate：打开文件后先到末尾，但之后仍可移动位置

复习时先记：

想“追加写入”，常用 app

out 的默认行为

对于 ofstream，若只用 out 打开文件，通常会清空原文件内容（相当于带 trunc）。

如果不想清空、想追加，应该使用：

ios::app

文件读写示例

逐个单词读取

ifstream in("input.txt");
string word;

while (in >> word) {
    cout << word << endl;
}

按行读取

ifstream in("input.txt");
string line;

while (getline(in, line)) {
    cout << line << endl;
}

写入文件

ofstream out("output.txt");
out << "hello\n";
out << 123 << endl;

string 流

sstream 头文件定义了在字符串上进行 IO 的类型：

• istringstream：从 string 读
• ostringstream：向 string 写
• stringstream：可读可写

它本质上是把字符串当作流来处理。

stringstream 特有操作

操作	含义
stringstream ss;	创建空流
stringstream ss(s);	用字符串 s 初始化流
ss.str()	返回流中的字符串副本
ss.str(s)	用字符串 s 替换流内容

istringstream 的常见用途

拆分一行中的数据

string line = "10 20 30";
istringstream iss(line);

int a, b, c;
iss >> a >> b >> c;

适合：

• 先按行读入
• 再对该行内容进一步解析

与 getline 配合

这是非常常见的模式：

string line;
while (getline(cin, line)) {
    istringstream record(line);
    string word;
    while (record >> word) {
        cout << word << endl;
    }
}

作用：

• 外层按行读
• 内层按单词拆分

ostringstream 的常见用途

把各种类型的数据拼成一个字符串：

ostringstream oss;
oss << "name: " << "Tom" << ", age: " << 18;
string s = oss.str();

适合：

• 格式化字符串
• 拼接输出内容
• 构造日志信息

三类 IO 的区别

类型	用途
iostream	控制台输入输出
fstream	文件输入输出
sstream	字符串输入输出

常见输入模式总结

读到 EOF

int x;
while (cin >> x) {
    // 处理 x
}

按行读取

string line;
while (getline(cin, line)) {
    // 处理一整行
}

先按行读，再按词拆

string line;
while (getline(cin, line)) {
    istringstream iss(line);
    string word;
    while (iss >> word) {
        // 处理 word
    }
}

易错点总结

>> 读取字符串时遇到空白就停止

cin >> s;

不会读入整行。

读取整行要用 getline

getline(cin, line);

>> 和 getline 混用时要处理残留换行符

常用：

cin.ignore();

流对象不能拷贝

函数参数和返回值一般用引用。

文件流打开后要先检查是否成功

if (!in) { ... }

ofstream 默认可能清空原文件

若要追加，使用：

ios::app

endl 会刷新缓冲区

如果只想换行，用 '\n' 更轻量。

输入失败后要 clear() 才能继续使用流

必要时还要配合 ignore() 丢弃错误输入。

小结

C++ 标准库把 IO 统一成“流”的形式：

• iostream：处理标准输入输出
• fstream：处理文件
• sstream：处理字符串

最常见的复习重点：

• cin / cout / cerr
• >> / << / getline
• 流状态检查
• 文件流打开与模式
• istringstream 解析字符串