C++程序設(shè)計(jì)(第3版)譚浩強(qiáng) 第13章

1、C+ 程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)第4篇 面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)第13章 輸入輸出流銅陵學(xué)院 汪永生目錄13.1 C+的輸入和輸出13.2 標(biāo)準(zhǔn)輸出流13.3 標(biāo)準(zhǔn)輸入流13.4 對數(shù)據(jù)文件的操作與文件流13.5 對二進(jìn)制文件的操作第13章 輸入輸出流13.1 C+的輸入和輸出13.1.1 輸入輸出的含義 從操作系統(tǒng)的角度：每一個與主機(jī)相連的輸入輸出設(shè)備都看作一個文件。 程序的輸入是指從輸入文件將數(shù)據(jù)傳送給程序，程序的輸出是指從程序?qū)?shù)據(jù)傳送給輸出文件。 C+的輸入與輸出包括以下3個方面的內(nèi)容： （1）對系統(tǒng)指定的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的輸入和輸出。 （2）以外存為對象進(jìn)行輸入和輸出。 （3）對內(nèi)存中指定的空間進(jìn)行輸入和輸

2、出。 為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效流動，C+系統(tǒng)提供了龐大的I/O類庫，調(diào)用不同的類去實(shí)現(xiàn)不同的功能。第13章 輸入輸出流13.1.2 C+的I/O對C的發(fā)展類型安全和可擴(kuò)展性 C+為了與C兼容，保留了用print和scanf進(jìn)行輸出和輸入。 在C+的輸入和輸出中，編譯系統(tǒng)對數(shù)據(jù)類型進(jìn)行嚴(yán)格的檢查，凡是類型不正確的數(shù)據(jù)是不可能通過編譯的。因此，C+的I/O操作是類型安全的。 C+提供了一套面向?qū)ο蟮妮斎胼敵龅南到y(tǒng)。 C+的類機(jī)制使得它能建立了一套可擴(kuò)展的I/O系統(tǒng)，可以通過修改和擴(kuò)充，能用于用戶自己聲明的類型的對象的輸入輸出?？蓴U(kuò)展性是C+輸入輸出的重要特點(diǎn)之一，它能提高軟件的重用性，加快軟件的開發(fā)過程

3、。 C+通過I/O類庫來實(shí)現(xiàn)豐富的I/O功能。第13章 輸入輸出流13.1.3 C+的輸入輸出流 輸入和輸出是數(shù)據(jù)傳送的過程，數(shù)據(jù)如流水一樣從一處流向另一處，C+形象地將此過程稱為“流流”。 C+C+的輸入輸出流的輸入輸出流是指由若干字節(jié)組成的字節(jié)序列，這些字節(jié)中的數(shù)據(jù)按順序從一個對象傳送到另一個對象。流流表示了信息從源到目的端的流動。 流是與內(nèi)存緩沖區(qū)相對應(yīng)的，或者說，緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)就是流。 在C+中，輸入輸出被定義為類。C+的I/O庫中的類稱為流類流類，用流類定義的對象稱為流對象流對象。 1. C+ 1. C+的流庫的流庫 流類庫是用繼承方法建立起來的用于輸入輸出的類庫。這些類有兩個基類：

4、ios類和streambuf類，所有其他流類都是從它們直接或間接派生出來的。 ios類是輸入輸出操作在用戶端的接口，為用戶的輸入輸出提供服務(wù)。 streambuf是處理“流緩沖眍”的類，包括緩沖區(qū)起始地址、讀寫指針和對緩沖區(qū)的讀寫操作，是數(shù)據(jù)在緩沖區(qū)中的管理和數(shù)據(jù)輸入輸出緩沖區(qū)的實(shí)現(xiàn)，是輸入輸出操作在物理設(shè)備一方的接口。 總結(jié)總結(jié)：ios負(fù)責(zé)高層操作，streambuf負(fù)責(zé)低層操作，為ios提供低級（物理級）的支持。第13章 輸入輸出流1. C+1. C+的流庫的流庫 類名類名作用作用在哪個頭文件中聲在哪個頭文件中聲明明 ios抽象基類 iostream istream通用輸入流和其他輸入流的

5、基類 iostream ostream通用輸出流和其他輸出流的基類 iostreamiostream通用輸入輸出流和其他輸入輸出流的基類 iostream ifstream輸入文件流類 fstream ofstream輸出文件流類 fstream fstream輸入輸出文件流類 fstream istrstream輸入字符串流類 strstream ostrstream輸出字符串流類 strstream strstream輸入輸出字符串流類 strstream表表13.1 I/O類庫中的常用流類類庫中的常用流類第13章 輸入輸出流1. C+1. C+的流庫的流庫 Ios是抽象基類，由它派生出i

6、stream類和ostream類，iostream類是從istream類和ostream類通過多重繼承而派生的類。其繼承層次見圖13.1。類ifstream繼承了類istream，類ofstream繼承了類ostream，類fstream繼承了類iostream。見圖13.2。第13章 輸入輸出流1. C+1. C+的流庫的流庫 I/O類庫中還有其他類，見圖13.3。第13章 輸入輸出流2. 2. 與流類庫有關(guān)的頭文件與流類庫有關(guān)的頭文件 頭文件是程序與類庫的接口，I/O流類庫的接口分別由不同的頭文件來實(shí)現(xiàn)。常用的用： iostream iostream 包含了對輸入輸出流進(jìn)行操作所需的基本信

7、息。 fstreamfstream 包含了用戶管理的文件的I/O操作。 strstreamstrstream 用于字符串流I/O。 stdiostreamstdiostream 用于混合使用C和C+的I/O機(jī)制時，例如想把C程序轉(zhuǎn)變?yōu)镃+程序。 iomanipiomanip在使用格式化I/O時應(yīng)包含此文件。3. 3. 在在iostreamiostream頭文件中定義的流對象頭文件中定義的流對象 iostream頭文件包含了對輸入輸出流進(jìn)行操作所需的基本信息，在iostream頭文件中不僅定義了有關(guān)的類，還定義了4種流對象，見表13.2。對象對象含義含義對應(yīng)設(shè)備對應(yīng)設(shè)備對應(yīng)的類對應(yīng)的類C語言中相

8、應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)文件語言中相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)文件 cin 標(biāo)準(zhǔn)輸入流鍵盤 istream_withassign stdin cout 標(biāo)準(zhǔn)輸出流屏幕 ostream_withassign stdout cerr 標(biāo)準(zhǔn)錯誤流屏幕 ostream_withassign stderr clog 標(biāo)準(zhǔn)錯誤流屏幕 ostream_withassign stderr表表13.2 iostream頭文件中定義的頭文件中定義的4種流對象種流對象第13章 輸入輸出流4. 4. 在在iostreamiostream頭文件中重載運(yùn)算符頭文件中重載運(yùn)算符 重載“”運(yùn)算符，以便能用它輸入或輸出各種標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)。如： 如何理解運(yùn)算

9、符“”的作用？簡單而形象的方法：它們指出了數(shù)據(jù)移動的方向，例如： cina; 箭頭方向表示把輸入流cin中的數(shù)據(jù)放入a中。 couta; 箭頭方向表示從a中拿出數(shù)據(jù)放到輸出流中。第13章 輸入輸出流13.2 標(biāo)準(zhǔn)輸出流 標(biāo)準(zhǔn)輸出流是流向標(biāo)準(zhǔn)輸出設(shè)備（顯示器）的數(shù)據(jù)。13.2.1 cout,cerr和clog流 ostream類定義了3個輸出流對象，即cout,cerr,clog。1. cout流對象 cout是console output的縮寫，意思為在控制臺（終端顯示器）的輸出。 說明：說明： （1）cout不是C+預(yù)定義的關(guān)鍵字，它是ostream流派生類的對象，在iostream頭文件中

10、定義。 （2）用“cout”和“”輸出標(biāo)準(zhǔn)類型的數(shù)據(jù)時，由于系統(tǒng)已進(jìn)行了定義，可以不必考慮數(shù)據(jù)是什么類型，系統(tǒng)會判斷數(shù)據(jù)的類型并根據(jù)其類型選擇調(diào)用與之匹配的運(yùn)算符重載函數(shù)。 （3）cout流在內(nèi)存中對應(yīng)開辟了一個緩沖區(qū)，用來存放流中的數(shù)據(jù)，當(dāng)向cout流插入一個endl時，不論緩沖區(qū)是否已滿，都立即輸出流中所有數(shù)據(jù)，然后插入一個換行符，并刷新流（清空緩沖區(qū)）。 （4）在iostream中只對“”運(yùn)算符用于標(biāo)準(zhǔn)類型數(shù)據(jù)的輸入輸出進(jìn)行了重載，但未對用戶聲明的類型數(shù)據(jù)的輸入輸出進(jìn)行重載。第13章 輸入輸出流運(yùn)行結(jié)果：運(yùn)行結(jié)果：第13章 輸入輸出流3. clog流對象 clog（console log

11、的縮寫）流對象也是標(biāo)準(zhǔn)錯誤流，它的作用和cerr相同，都是在終端顯示器上顯示出錯信息。 區(qū)別：cerr是不經(jīng)過緩沖區(qū)直接向顯示器上輸出有關(guān)信息，而clog中的信息存放在緩沖區(qū)中，緩沖區(qū)滿后或遇endl時向顯示器輸出。第13章 輸入輸出流13.2.2 標(biāo)準(zhǔn)類型數(shù)據(jù)的格式輸出 C+提供預(yù)定義類型的輸入輸出系統(tǒng)，用來處理標(biāo)準(zhǔn)類型數(shù)據(jù)的輸入輸出。 兩種輸入輸出方式： （1）無格式輸入輸出。 （2）有格式輸入輸出。1. 使用控制符控制輸出格式 控制符在頭文件iomanip中定義，因而程序中應(yīng)當(dāng)包含iomanip頭文件。2. 用流對象的成員函數(shù)控制輸出格式 用于控制輸出格式的流成員函數(shù)見表13.3。第13

12、章 輸入輸出流2. 用流對象的成員函數(shù)控制輸出格式 格式標(biāo)志見表13.4。第13章 輸入輸出流2. 用流對象的成員函數(shù)控制輸出格式 例13.2 用流對象的成員函數(shù)控制輸出數(shù)據(jù)格式。 編寫程序：編寫程序：運(yùn)行結(jié)果：運(yùn)行結(jié)果：第13章 輸入輸出流13.2.3 用流成員函數(shù)put輸出字符 ostream類成員函數(shù)put：專用于輸出單個字符，參數(shù)可以是字符或字符的ASCII代碼（或整型表達(dá)式） 例例13.3 13.3 有一個字符串“BASIC”，要求把它們按相反的順序輸出。 編寫程序：運(yùn)行結(jié)果：運(yùn)行結(jié)果：第13章 輸入輸出流13.3 標(biāo)準(zhǔn)輸入流 標(biāo)準(zhǔn)輸入流是從標(biāo)準(zhǔn)輸入設(shè)備（鍵盤）流向程序的數(shù)據(jù)。13.

13、3.1 cin流 cin是istream類的派生類的對象，它從標(biāo)準(zhǔn)輸入設(shè)備（鍵盤）獲取數(shù)據(jù)，程序中的變量通過流提取符“”從流中提取數(shù)據(jù)。流提取符“”從流中提取數(shù)據(jù)時通常跳過輸入流中的空格、Tab鍵、換行符等空白字符。 注注：只有在鍵盤輸入完數(shù)據(jù)并按Enter鍵后，該行數(shù)據(jù)才被送入鍵盤緩沖區(qū)，形成輸入流，提取運(yùn)算符“”才能從中提取數(shù)據(jù)。 在遇到無效字符或文件結(jié)束符（不是換行符，是文件中的數(shù)據(jù)已讀完）時，輸入流cin就處于出錯狀態(tài)，即無法正常提取數(shù)據(jù)。可以Ctrl+Z 或 Ctrl+D表示文件結(jié)束符。 cin出錯狀態(tài)，值為0； cin正常狀態(tài)，值為非0.第13章 輸入輸出流13.3.2 用于字符輸

14、入的流成員函數(shù) 1. 1. 用用getget函數(shù)讀入一個字符函數(shù)讀入一個字符 流成員函數(shù)get有3種形式：無參數(shù)、一個參數(shù)、3個參數(shù)。 （1 1）無參數(shù)的）無參數(shù)的getget函數(shù)函數(shù) 其調(diào)用形式： cin.get()cin.get() 說明：用來從指定的輸入流中提取一個字符（包括空白字符），函數(shù)的返回值就是讀入的字符。若遇到輸入流中的文件結(jié)束符，則函數(shù)返回值EOF（代表1）。 例例13.4 13.4 用get函數(shù)讀入字符。 編寫程序：運(yùn)行結(jié)果：運(yùn)行結(jié)果：第13章 輸入輸出流 （2 2）有一個參數(shù)的）有一個參數(shù)的getget函數(shù)函數(shù) 其調(diào)用形式： cin.get(ch)cin.get(ch)

15、說明：從輸入流中讀取一個字符，賦給字符變量ch。如果讀取成功則函數(shù)返回非0值，如失?。ㄓ鑫募Y(jié)束符）則函數(shù)返回0值。 （3 3）有）有3 3個個參數(shù)的參數(shù)的getget函數(shù)函數(shù) 其調(diào)用形式： cin.get(cin.get(字符數(shù)組字符數(shù)組, ,字符個數(shù)字符個數(shù)n,n,終止字符終止字符) )或或 cin.getcin.get( (字符字符指針指針, ,字符個數(shù)字符個數(shù)n,n,終止字符終止字符) ) 作用：作用： 是從輸入流中讀取中n-1個字符，賦給指定的數(shù)組（或字符指針指向的數(shù)組），如果在讀取n-1個字符之前遇到指定的終止字符，則提前結(jié)束讀取。如果讀取成功，則函數(shù)返回非0值，如失敗，則函數(shù)返回

16、0值。 2. 2. 用成員函數(shù)用成員函數(shù)getlinegetline函數(shù)讀入一行字符函數(shù)讀入一行字符 其調(diào)用形式：cin.getline(cin.getline(字符數(shù)組（或字符指針），字符個數(shù)字符數(shù)組（或字符指針），字符個數(shù)n n，終止標(biāo)志符），終止標(biāo)志符）作用：作用：從輸入流中讀取一行字符。第13章 輸入輸出流13.3.3 istream類的其他成員函數(shù) 1. eof 1. eof函數(shù)函數(shù) eof是end of file的縮寫，表示“文件結(jié)束”。從輸入流讀取數(shù)據(jù)，如果到達(dá)文件末尾（遇到文件結(jié)束符），eof函數(shù)值為非零值（表示真），否則為0（假）。 例例13.5 13.5 逐個讀入一行字符，

17、將其中的非空格字符輸出。 編寫程序：運(yùn)行結(jié)果：運(yùn)行結(jié)果：2. peek函數(shù)函數(shù) peek函數(shù)的作用：觀測下一個字符。其調(diào)用形式為： c=cin.peek();第13章 輸入輸出流3. putback3. putback函數(shù)函數(shù) 其調(diào)用形式為： c=cin.putback(); 其作用：將前面用get或getline函數(shù)從輸入流中讀取的字符ch返回到輸入流，插入到當(dāng)前指針位置，以供后面讀取。 例例13.6 13.6 peek函數(shù)和putback函數(shù)的用法。 編寫程序：運(yùn)行結(jié)果：運(yùn)行結(jié)果：程序分析：程序分析：第13章 輸入輸出流4. ignore4. ignore函數(shù)函數(shù) 其調(diào)用形式為： cin.

18、ignore（n,終止字符）終止字符）; 其作用：跳過輸入流中n個字符，或在遇到指定的終止字符時提前結(jié)束（此時跳過包括終止字符在內(nèi)的若干字符）。 例例13.713.7 用ignore函數(shù)跳過輸入流中的字符。 編寫程序（不用ignore函數(shù)）：程序改寫（增加ignore函數(shù)）：運(yùn)行結(jié)果：運(yùn)行結(jié)果：運(yùn)行結(jié)果：運(yùn)行結(jié)果：第13章 輸入輸出流13.4 對數(shù)據(jù)文件的操作與文件流13.4.1 文件的概念 文件文件：一般指存儲在外部介質(zhì)上數(shù)據(jù)的集合，是程序設(shè)計(jì)中一個重要的概念。 操作系統(tǒng)是以文件為單位對數(shù)據(jù)進(jìn)行管理的。 對用戶來說，常用的文件有兩大類： 一類是程序文件，如C+的源程序文件（.cpp）、目標(biāo)文

19、件（.obj）、可執(zhí)行文件（.exe）等。 另一類是數(shù)據(jù)文件，在程序運(yùn)行時，常常需要將一些數(shù)據(jù)輸出到磁盤上存放起來，以后需要時再從磁盤中輸入到計(jì)算機(jī)內(nèi)存。 根據(jù)文件中數(shù)據(jù)的組織形式可分：ASCII文件和二進(jìn)制文件。見圖13.5。第13章 輸入輸出流13.4.2 文件流與文件 文件流：是以外存文件為輸入輸出對象的數(shù)據(jù)流。 輸出文件流是從內(nèi)存流向外存文件的數(shù)據(jù)，輸入文件流是從外存文件流向內(nèi)存的數(shù)據(jù)。 文件流本身不是文件，而只是以文件為輸入輸出對象的流。 用文件操作的文件類：ifstream類、ofstream、fstream類。 以磁盤文件為對象進(jìn)行輸入輸出，必須定義一個文件流類的對象，通過文件流

20、對象將數(shù)據(jù)從內(nèi)存輸出到磁盤文件，或者通過文件流對象從磁盤文件將數(shù)據(jù)輸入到內(nèi)存。 例如：建立一個輸出文件流對象 ofstream outfile;第13章 輸入輸出流13.4.3 文件的打開與關(guān)閉 1. 打開磁盤文件打開磁盤文件 （1）調(diào)用文件流的成員函數(shù)open。如 ofstream outfile;/定義ofstream類對象outfile outfile.open(“f1.dat”,ios:out);/使文件流與f1.dat文件建立關(guān)聯(lián) 調(diào)用成員函數(shù)open的一般形式為： 文件流對象.open(磁盤文件名，輸入輸出方式）； （2）在定義文件對象時指定參數(shù)。如 ostream outfile

21、(“f1.dat”,iso:out); 輸入輸出方式是在IOS類中定義的，它們是枚舉常量，有多種選擇，見表13.5。第13章 輸入輸出流1. 打開磁盤文件打開磁盤文件 說明說明：（1）新版本的I/O類庫中不提供ios:nocreate和ios:noreplace。（2）每一個打開的文件都有一個文件指針，每次讀寫都從文件指針的當(dāng)前位置開始。（3）可以用“位或”運(yùn)算符“”對輸入輸出方式進(jìn)行組合。（4）如果打開操作失敗，open函數(shù)返回值為0；如果是用調(diào)用構(gòu)造函數(shù)的方式打開文件，則流對象的值為0。如： if(outfile.open(“f1.dat”,ios:app)=0) cout“open er

22、ror”;或 if(!outfile.open(“f1.dat”,ios:app) cout“open error”;2. 關(guān)閉磁盤文件關(guān)閉磁盤文件 關(guān)閉文件用成員函數(shù)close。如 outfile.close();/將輸出文件流所關(guān)聯(lián)的磁盤文件關(guān)閉第13章 輸入輸出流13.4.4 對ASCII文件的操作 ASCIIASCII文件文件（或稱字符文件字符文件）：文件的每一個字節(jié)中均以ASCII代碼的形式存放數(shù)據(jù)，即一個字節(jié)存放一個字符。 對ASCII文件的讀寫操作可以用兩種方法： （1）用流插入運(yùn)算符“”輸入輸出標(biāo)準(zhǔn)類型的數(shù)據(jù)。 （2）用文件流put,get,getline等成員函數(shù)進(jìn)行字符的輸

23、入輸出。 例例13.8 13.8 有一個整型數(shù)組，含10個元素，從鍵盤輸入10個整數(shù)數(shù)組，將此數(shù)組送到磁盤文件存放。運(yùn)行結(jié)果：運(yùn)行結(jié)果：第13章 輸入輸出流13.4.4 對ASCII文件的操作 例例13.9 13.9 從例13.8建立的數(shù)據(jù)文件f1.dat中讀入10個整數(shù)放在數(shù)組中，找出并輸出10個數(shù)中的最大者和它在數(shù)組中的序號。 編寫程序：運(yùn)行結(jié)果：運(yùn)行結(jié)果：第13章 輸入輸出流13.4.4 對ASCII文件的操作 例例13.10 13.10 從鍵盤讀入一行字符，把其中的字母字符依次存放在磁盤文件f2.dat中。再把它從磁盤文件讀入程序，將其中的小寫字母改為大寫字母，再存入磁盤文件f3.da

24、t。 編寫程序：運(yùn)行結(jié)果：運(yùn)行結(jié)果：第13章 輸入輸出流13.4.5 對二進(jìn)制文件的操作 二進(jìn)制文件二進(jìn)制文件：將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)存儲形式不加轉(zhuǎn)換地傳送到磁盤文件，又稱內(nèi)存數(shù)據(jù)的映像文件內(nèi)存數(shù)據(jù)的映像文件，或稱字節(jié)文件字節(jié)文件。 1. 1. 用成員函數(shù)用成員函數(shù)readread和和writewrite讀寫二進(jìn)制文件讀寫二進(jìn)制文件 istream& read(char istream& read(char * *buffer,int len);buffer,int len); ostream& write(const char ostream& write(const char * *buffer,

25、int len);buffer,int len); 注：字符指針buffer指向內(nèi)存中一段存儲空間。len是讀寫的字節(jié)數(shù)。 例例13.11 13.11 將一批數(shù)據(jù)以二進(jìn)制形式存放在磁盤文件中。 編寫程序：編寫程序：第13章 輸入輸出流2 2. .與文件指針有關(guān)的流成員函數(shù)與文件指針有關(guān)的流成員函數(shù) 文件讀寫位置標(biāo)記是指明當(dāng)前應(yīng)進(jìn)行讀寫的位置。3. 隨機(jī)訪問二進(jìn)制數(shù)據(jù)文件 例例13.13 13.13 有5個學(xué)生的數(shù)據(jù)，要求： （1）把它們存到磁盤文件中。 （2）將磁盤文件中的第1,3,5個學(xué)生數(shù)據(jù)讀入程序，并顯示出來。 （3）將第3個學(xué)生的數(shù)據(jù)修改后存回磁盤文件中的原有位置。 （4）從磁盤文件讀入修改后的5個學(xué)生的數(shù)據(jù)并顯示出來。 編寫程序：編寫程序：第13章 輸入輸出流運(yùn)行結(jié)果：運(yùn)行結(jié)果：第13章 輸入輸出流13.5 字符串流 字符串流字符串流：以內(nèi)存中用戶定義的字符數(shù)組（字符串）為輸入輸出的對象，即將數(shù)據(jù)輸出到內(nèi)存中的字符數(shù)組，或者從字符數(shù)組（字符串）將數(shù)據(jù)讀入。字符串流也稱為內(nèi)存流內(nèi)存流。 字符串流類