C++ Standard IO Library

C++ 语言的 IO 包括标准 IO、文件 IO 以及内存IO（即从 string 读取数据，从 string 写入数据）。

8.1 IO 类

标准库定义的 IO 类型有：

8.1.1 IO对象无拷贝或赋值

	ofstream outl，out2；
	outl = out2；				//错误：不能对流对象赋值
	ofstream print（ofstream）； //错误：不能初始化ofstream参数
    out2 = print（out2）；		  //错误：不能拷贝流对象

• IO对象不能存在容器里.
• 形参和返回类型也不能是流类型。
• 形参和返回类型一般是流的引用。
• 读写一个IO对象会改变其状态，因此传递和返回的引用不能是const的。

8.1.2 条件状态

上表中，strm是一种 IO 类型（如istream）， s是一个流对象。

查询流的状态：

1. 可根据while (cin >> word) ，将流作为条件使用，while 循环将检查 >> 表达式返回的流的状态。如果输入操作成功，流保持有效状态，则条件为真。
2. 此外，我们还可以根据 goodbit, failbit, eofbit, badbit 来查询流的状态。badbit 表示系统级错误，如不可恢复的读写错误。通常情况下，一旦 badbit 被置位，流就无法再使用了。在发生可恢复错误后，failbit 被置位，如期望读取数值却读出一个字符等错误。这种问题通常是可以修正的，流还可以继续使用。如果到达文件结束位置，eofbit 和failbit都会被置位。goodbit的值为0，表示流未发生错误。如果badbit、failbit和eofbit任一个被置位，则检测流状态的条件会失败。
3. 标准库还定义了一组函数来查询这些标志位的状态。操作 good 在所有错误位均未置位的情况下返回 true ，而 bad、fail 和 eof 则在对应错误位被置位时返回 true。此外，在 badbit 被置位时，fail 也会返回 true。这意味着，使用 good 或 fail 是确定流的总体状态的正确方法。实际上，我们将流当作条件使用的代码就等价于 !fail() 。而 eof 和 bad 操作只能表示特定的错误。

管理流的状态:

流对象的 rdstate 成员返回一个 iostate 值，对应流的当前状态。

setstate操作将给定条件位置位，表示发生了对应错误。

	//记住cin的当前状态
	auto old_state = cin.rdstate(); //记住cin的当前状态
    cin.clear();					//使cin有效
	process_input(cin);				//使用cin 
    cin.setstate(old_state);		//将cin 置为原有状态

8.1.3 管理输出缓冲

每个输出流都管理一个缓冲区，执行输出的代码，文本串可能立即打印出来，也可能被操作系统保存在缓冲区内，随后再打印。

导致缓冲刷新（即，数据真正写到输出设备或文件）的原因有很多：

• 程序正常结束，作为 main 函数的 return 操作的一部分，缓冲刷新被执行。
• 缓冲区满时，需要刷新缓冲，而后新的数据才能继续写入缓冲区。
• 我们可以使用操纵符如 endl 来显式刷新缓冲区。
• 在每个输出操作之后，我们可以用操纵符 unitbuf 设置流的内部状态，来清空缓冲区。默认情况下，对 cerr 是设置 unitbuf 的，因此写到 cerr 的内容都是立即刷新的。
• 一个输出流可能被关联到另一个流。在这种情况下，当读写被关联的流时，关联到的流的缓冲区会被刷新。例如，默认情况下，cin 和 cerr 都关联到 cout。因此，读cin或写cerr都会导致cout的缓冲区被刷新。

刷新输出缓冲区：

• endl：输出一个换行符并刷新缓冲区。
• flush：刷新流，单不添加任何字符。
• ends：在缓冲区插入空字符null，然后刷新。
• unitbuf：告诉流接下来每次操作之后都要进行一次flush操作。
• nounitbuf：回到正常的缓冲方式。

如果程序异常终止，输出缓冲区是不会被刷新的。当一个程序崩溃后，它所输出的数据很可能停留在输出缓冲区中等待打印。

关联输入和输出流：

当一个输入流被关联到一个输出流时，任何试图从输入流读取数据的操作都会先刷新关联的输出流。标准库将cout和cin关联在一起，因此语句 cin >> val 将会导致 cout 的缓冲区刷新。

tie 有两个重载的版本，一个版本不带参数，返回指向输出流的指针。如果对象关联到了一个输出流，则返回这个流的指针，如果对象未关联到一个输出流，则返回一个空指针。tie 的第二个版本接受一个指向 ostream 的指针，将自己关联到此 ostream。

	cin.tie(&cout);				//仅仅是用来展示:标准库将cin和cout关联在一起
	//old_tie指向当前关联到cin的流(如果有的话)
	ostream*old_tie = cin.tie(nullptr); 	//cin 不再与其他流关联
	
	//将cin与cerr关联;这不是一个好主意,因为cin应该关联到cout
	cin.tie(&cerr);			//读取cin会刷新cerr而不是cout
	cin.tie(old_tie);		//重建cin和cout 间的正常关联

故因此在ACM竞赛中，我们常常这样操作来使得输入加速，在IO之前将stdio解除绑定，这样做了之后要注意不要同时混用cout和printf之类。在默认的情况下 cin 绑定的是 cout ，每次执行 << 操作符的时候都要调用flush，这样会增加IO负担。可以通过tie(0)（0表示空指针）来解除cin与cout的绑定，进一步加快执行效率。

#include <iostream>
int main() 
{
    std::ios::sync_with_stdio(false);
    std::cin.tie(0);
    // IO
}

8.2 文件输入输出

• 头文件fstream

  定义了三个类型来支持文件IO：

  • ifstream从一个给定文件读取数据。
  • ofstream向一个给定文件写入数据。
  • fstream可以读写给定文件。

• 文件流：需要读写文件时，必须定义自己的文件流对象，并绑定在需要的文件上。

fstream特有的操作:

上表中，fstream是头文件fstream中定义的一个类型，fstrm是一个文件流对象。

8.2.2 文件模式

指定文件模式有如下限制：

• 只可以对ofstream或fstream对象设定out模式。只可以对ifstream或fstream对象设定in模式。
• 只有当out也被设定时才可设定trunc模式。
• 只要trunc没被设定，就可以设定app模式。在app模式下，即使没有显式指定out模式，文件也总是以输出方式被打开。
• 默认情况下，即使我们没有指定trunc，以out模式打开的文件也会被截断。为了保留以out模式打开的文件的内容，我们必须同时指定app模式，这样只会将数据追加写到文件末尾；或者同时指定in模式，即打开文件同时进行读写操作（参见17.5.3节，第676页，将介绍对同一个文件既进行输入又进行输出的方法）。
• ate和binary模式可用于任何类型的文件流对象，且可以与其他任何文件模式组合使用。

以 out 模式打开文件会丢弃已有数据

默认情况下，当我们打开一个ofstream时，文件的内容会被丢弃。阻止一个ofstream清空给定文件内容的方法是同时指定app模式：

//在这几条语句中,filel都被截断
ofstream out("filel");		//隐含以输出模式打开文件并截断文件ofstream out2("file1",ofstream::out);//隐含地截断文件
ofstream out3("file1",ofstream::out | ofstream::trunc);

//为了保留文件内容,我们必须显式指定app模式
ofstream app("file2",ofstream::app);//隐含为输出模式
ofstream app2("file2",ofstream::out | ofstream::app);

每次调用open 时都会确定文件模式

对于一个给定流，每当打开文件时，都可以改变其文件模式。

ofstream out;		     			//未指定文件打开模式
out.open("scratchpad");  			//模式隐含设置为输出和截断
out.close();			    		//关闭out,以便我们将其用于其他文件out.open("precious",ofstream::app); //模式为输出和追加
out.close();

8.3 String 流

头文件sstream定义了三个类型来支持内存IO：

• istringstream从string读取数据。
• ostringstream向string写入数据。
• stringstream可以读写给定string。

stringstream特有的操作

上表中sstream是头文件sstream中任意一个类型。s是一个string。