iostream

iostream是C++中用于数据的流式输入与输出的头文件，屬於C++标准程式库的一部分。[1][2]

C++標準庫

iostream 为 Input/Output Stream 的缩写，即是輸入/輸出流。「流」是一連串從I/O設備讀寫的字符。[3]

概述

流输入输出库中的大部分类都是模板类，可以适用于不同的字符类型或操作函数（如字符比较）。常用的一些字符类型的流输入输出已经用typedef定义了相应的模板特化实例。

例如，basic_fstream<CharT,Traits>是文件流输入输出的实现的模板类。它的一个特化实例：fstream是basic_fstream<char,char_traits<char>>的类型别名，换句话说，这是basic_fstream的字符类型为char使用默认字符操作集的特化实例。

流输入输出库中的类可分为两。一是定义了界面的抽象，适用于任何流类型，无论是文件流、内存缓存区流或者网络socket流。二是对具体数据源与数据汇（sink）的流的实现。C++标准库仅实现了文件流与内存缓冲区流。

流输入输出库中的类依据是否实现底层或高层操作可分为两类。实现了底层操作的类称作流缓冲区（stream buffer），处理没有任何格式化功能的字符。这些类极少被编程者直接使用。实现高层操作的类称作流，并提供了不同的格式化能力，是构建于流缓冲区之上的。

下表列出了流输入输出库的所有类的分：

Class 解释 Typedefs
Stream buffers (底层功能)
basic_streambuf 提供了底层的输入输出界面，被具体的数据源与汇实现。罕用
  • streambuf - 字符类型char
  • wstreambuf - 字符类型wchar_t
basic_filebuf 提供了文件流的底层的输入输出界面，被具体的数据源与汇实现。罕用
  • filebuf - 字符类型 char
  • wfilebuf -字符类型 wchar_t
basic_stringbuf 提供了字符文件流的底层的输入输出界面，被具体的数据源与汇实现。罕用
  • stringbuf - 字符类型char
  • wstringbuf - 字符类型wchar_t
Support classes
ios_base 管理格式化信息与异常状态 不適用
basic_ios 管理流缓冲区
  • ios - 字符类型char
  • wios - 字符类型wchar_t
Input streams buffers (高层功能)
basic_istream 包装一个抽象流缓冲区并提供高层输入界面，如格式化能力
  • istream - 字符类型 char
  • wistream - 字符类型wchar_t
basic_ifstream 包装一个文件流缓冲区并提供高层输入界面，如打开关闭流
  • ifstream - 字符类型char
  • wifstream - 字符类型wchar_t
basic_istringstream 包装一个字符串流缓冲区并提供高层输入界面，如访问基础字符串
  • istringstream - 字符类型char
  • wistringstream - 字符类型wchar_t
Output streams buffers (高层功能)
basic_ostream 包装一个抽象流缓冲区并提供高层输出界面，如格式化能力
  • ostream - 字符类型char
  • wostream - 字符类型wchar_t
basic_ofstream 包装一个文件流缓冲区并提供高层输出界面，如打开关闭流
  • ofstream - 字符类型char
  • wofstream - 字符类型wchar_t
basic_ostringstream 包装一个字符串流缓冲区并提供高层输出界面，如访问基础字符串
  • ostringstream - 字符类型char
  • wostringstream - 字符类型wchar_t
Input/output streams buffers (高层功能)
basic_iostream 包装一个抽象流缓冲区并提供高层输入输出界面，如格式化能力
  • iostream - 字符类型char
  • wiostream - 字符类型wchar_t
basic_fstream 包装一个文件流输入输出缓冲区，并提供高层输入输出界面，如打开关闭文件
  • fstream - 字符类型char
  • wfstream - 字符类型wchar_t
basic_stringstream 包装一个字符串流输入输出缓冲区，并提供高层输入输出界面，如访问基础字符串
  • stringstream - 字符类型char
  • wstringstream - 字符类型wchar_t

头文件
  • <ios>包含着ios_base与basic_ios的类的定义，负责信息格式化与关联的流缓冲区。
  • <istream>包含了basic_istream类模板定义，实现了格式化输入
  • <ostream>包含了basic_ostream类模板定义，实现了格式化输出
  • <iostream>包含了basic_iostream类模板定义，实现格式化输入输出
  • <fstream>包含了basic_ifstream, basic_ofstream与basic_fstream类模板定义，实现格式化文件流的格式化输入、输出
  • <sstream>包含了basic_istringstream, basic_ostringstream与basic_stringstream 类模板定义，实现格式化字符串流的输入输出
  • <iomanip>包含了格式化manipulator
  • <iosfwd>包含了所有的流输入输出库的前向声明（forward declaration）

支持类

ios_base与basic_ios是两个类处理底层比特流。ios_base存储格式化信息与流的状态。basic_ios管理关联的流缓冲区。basic_ios通常以特化实例ios与wios出现。basic_ios与ios_base很少被程序员直接使用。通常，它们的功能通过其它派生的类，如iostream。[4][5]

Typedefs
名字描述
iosbasic_ios的char类型特化
wiosbasic_ios的wchar_t类型特化
streamoff支持内部操作
streampos保存缓冲器指针或文件指针的当前位置
wstreampos保存宽字符版的缓冲器指针或文件指针的当前位置
streamsize流的尺寸

格式化操纵符（manipulator）
名字 描述
boolalpha / noboolalpha 指示流中的bool类型变量是否以true或false，还是以0或1形式出现
skipws / noskipws 指示输入操作时空白符是否被跳过
showbase / noshowbase 指示数的基数记数标志是否显示
showpoint / noshowpoint 指示当浮点数小数部分为0时，是否显示小数部分
showpos / noshowpos 指示对于正数是否显示+符号
unitbuf / nounitbuf 指示输出是否被缓冲
uppercase / nouppercase 指示在16进制整数或浮点数输出时是否使用大写字符
left / right / internal 指出对齐方式
dec / oct/ hex 指示显示整数时的记数法
fixed / scientific/
hexfloat(C++11) /
defaultfloat(C++11)		 指示浮点数显示时的记数法

输入/输出流

iostream头文件定义了输入输出流对象：cin, cout, cerr, clog分别为标准输入、输出、错误（无缓冲）、簿记（有缓冲）的流对象。都属于std 名字空间。[6]

ostream对象

cout属于ostream类型，重载了左移位算符。cout左移位算符的运算结果为cout自身，这使得连续的左位移操作输出一串数据成为可能。cerr与clog对象是ostream类型。

istream对象

cin是istream类型，重载了右位移算符。

输入设备是按照行来把数据移入流输入缓冲区。也就是说，键盘输入数据时，只有按了换行键，这一行数据才进入缓冲区，可以读取。

表达式cin >> ival从标准输入读入一个值。有两种情况会使一个istream对象的bool转型为false：读到EOF（文件结束标志）或遇到一个无效的值（输入流进入fail状态）。可以用该istream对象的成员函数good()来测试，或者直接(bool)cin来测试。

istream对象的bool转型为false的情况下，此后的所有读入动作都是无操作（nop）。直到调用istream对象的成员函数clear()来清除该对象的内部状态。

缺省情况下，输入操作符丢弃空白符、空格符、制表符、换行符以及回车。如果希望读入上述字符，或读入原始的输入数据，一种方法是使用istream的get()成员函数来读取一个字符，另一种方法是使用istream的getline()成员函数来读取多个字符。istream的read(char* addr, streamsize size)函数从输入流中提取size个连续的字节，并将其放在地址从addr开始的内存中。istream成员函数gcount()返回由最后的get()、getline()、read()调用实际提取的字符数。

输入流有三个函数来测试流状态：即bad(), fail()和eof()。ignore()用来抛掉制定个数的缓冲区中的字节。

其它的istream成员函数：putback( char c ) 将字符放回iostream；unget()往回重置“下一个”istream项；peek()返回下一个字符或EOF，但不要提取出来 。

输出格式化

方法（函数）
width(int x)下一个输出的最小字符数目
fill(char x)填充字符
precision(int x)设置浮点数的有效数字的位数

操纵符（manipulator）

操纵符（manipulator）是使用<<或>>算子修改流的对象.

endl"end line": 流中插入换行符并刷新（flush）流的输出缓冲.
ends"end string": 向流中插入空字符（null character）并刷新（flush）流的输出缓冲.
flush强迫流的输出缓冲写出到输出设备.
ws导致输入流吃掉空白（whitespace）
showpoint指示流要显示小数点与一些数字0

头文件中iomanip还定义了一些manipulators。

批评

某些环境下并不提供共享版本的C++库。导致程序要静态编译入C++标准库，使得程序的尺寸变大。[7]

示例

使用C++写成的 Hello World 程序如下所示:

#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
    cout << "Hello, world!" << endl;
    return 0;
}

在这段代码中，文件 iostream 中声明了程序所要输入和输出操作的有关信息。

下述代码创建一个文件'file.txt'并写入文本'Hello World'：

#include <fstream>
int main()
{
    std::ofstream file;// can be merged to std::ofstream file("file.txt");
    file.open("file.txt");
    file << "Hello world!\n";
    file.close();// is not necessary because the destructor closes the open file by default
    return 0;
}

参考文献
  1. ISO/IEC 14882:2003 Programming Languages — C++. [lib.string.streams]/1
  2. Stanley B. Lippman, Josee Lajoie. . Massachusetts: Addison-Wesley. 1999 - third edition: 1109–1112. ISBN 0-201-82470-1.
  3. . : 5. ISBN 0-201-72148-1.
  4. Stanley B. Lippman, Josee Lajoie. . Massachusetts: Addison-Wesley. 1999 - third edition: 1112–1120. ISBN 0-201-82470-1.
  5. . Microsoft MSDN: Visual Studio 2010. [28 September 2011]. （原始内容存档于2016-03-10）.
  6. Holzner, Steven. . Scottsdale, Ariz.: Coriolis Group. 2001: 584. ISBN 1-57610-777-9. ...endl, which flushes the output buffer and sends a newline to the standard output stream.
  7. . [22 April 2009]. （原始内容存档于2020-07-04）.

外部链接
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