此专栏为移动机器人知识体系下的编程语言中的$\mathrm{C}$++从入门到深入的专栏，参考书籍：《深入浅出$\mathrm{C}$++》(马晓锐)和《从$\mathrm{C}$到$\mathrm{C}$++精通面向对象编程》(曾凡锋等)。

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12.C++输入/输出

12.1 C++流类

• 计算机的输入和输出是数据传送的过程，$\mathrm{C}$++将数据的传送过程称为流$(\mathrm{stream})$；

• $\mathrm{C}$++的$I/O$流是由若干字节组成的字节序列，称为字节流，字节流中的数据可以是多种形式的，包括：二进制数据、$\mathrm{ASCII}$字符、数字化视频和音频、数字图像信息等；

• 在进行数据传输时，数据会被从一个对象传送到另一个对象中，这些对象包括：内存、输出设备、输入设备，当进行输入操作时，字节流是从输入设备流向内存，当进行输出操作时，字节流是从内存输出到输出设备；

• 内存缓冲区：是系统为数据流开辟的一个内存空间，用于存放流中的数据；如果利用输入/输出操作对流进行传送，系统先将数据存入缓冲区中，当缓冲区满或遇到特定的输出指令时，才将这些数据进行传送；

• 用$\mathrm{cout}$向屏幕输出时，系统将输出的内容先保存在为其开辟的缓冲区内，当此缓冲区满或遇到$\mathrm{endl}$时，才将数据传送到屏幕上显示；利用$\mathrm{cin}$进行输入操作时，数据先保存在键盘输入缓冲区，遇到回车时将数据传送到程序输入缓冲区，当程序遇到$<<$操作符时，输入缓冲区的数据会被赋予相关的变量；

• 系统提供缓冲区机制的目的：为了减少数据传送频度，以提高$I/O$效率；

• $\mathrm{C}$++中，输入/输出流被定义为一系列的类，这些类称为流类$(\mathrm{stream}\mathrm{class})$，这些类被包含在$I/O$类库中，其输入输出包括如下方面的内容：

  • 标准$I/O$：对系统指定的标准设备，如：显示器、打印机等的输入和输出；
  • 文件$I/O$：对外存磁盘或外存储设备文件进行输入和输出；
  • 内存$I/O$(串$I/O$)：对内存中的空间进行输入和输出；

• 常用的$I/O$操作类如下表：

  $类名$	$作用$	$头文件$
  $\mathrm{ios}$	$输入/输出抽象基类$	$\mathrm{iostream}$
  $\mathrm{istream}$	$通用输入流和其他输入流基类$	$\mathrm{iostream}$
  $\mathrm{ostream}$	$通用输出流和其他输出流基类$	$\mathrm{iostream}$
  $\mathrm{iostream}$	$通用输入/输出流和其他输入/输出流基类$	$\mathrm{iostream}$
  $\mathrm{ifstream}$	$输入文件流类$	$\mathrm{fstream}$
  $\mathrm{ofstream}$	$输出文件流类$	$\mathrm{fstream}$
  $\mathrm{fstream}$	$输入/输出文件流类$	$\mathrm{fstream}$
  $\mathrm{istrstream}$	$输入字符串流$	$\mathrm{strstream}$
  $\mathrm{ostrstream}$	$输出字符串流$	$\mathrm{strstream}$
  $\mathrm{strstream}$	$输入/输出字符串流$	$\mathrm{strstream}$

• 常用的$I/O$操作流类之间的关系图：

  

• 几个常用的流类：

  • $\mathrm{iostream}$：基本输入/输出流操作；
  • $\mathrm{stream}$：用于文件的$I/O$操作；
  • $\mathrm{strstream}$：用于字符串流输入/输出；
  • $\mathrm{iomanip}$：用于对流中的数据进行格式化输入/输出；

12.2 流对象和格式化输出

• 在$\mathrm{iostream}$头文件中，定义了许多相关的类，如：$\mathrm{ios}、\mathrm{istream}、\mathrm{ostream}、\mathrm{iostream}$等，还定义了$4$种常用的流对象，如下表所示：

  $对象$	$含义$	$对应设备$	$对应的类$
  $\mathrm{cin}$	$标准输入流$	$键盘$	$istream\_withassign$
  $\mathrm{cout}$	$标准输出流$	$显示器$	$ostream\_withassign$
  $\mathrm{cerr}$	$标准错误流$	$显示器$	$ostream\_withassign$
  $\mathrm{clog}$	$标准输出流$	$显示器$	$ostream\_withassign$

  • $\mathrm{cin}$：标准输入流，是类$istream\_withassign$的对象，作用为从系统指定的标准输入设备输入数据到程序变量中；
  • $\mathrm{cout}$：标准输出流，是类$ostream\_withassign$的对象，作用是将内存数据输出到系统指定的输出设备上；
  • $\mathrm{cerr}$：标准错误流，是类$\mathrm{ostream}$的对象，作用为向系统指定的标准输出设备输出错误信息；
  • $\mathrm{clog}$：标准输出流，是类$\mathrm{ostream}$的对象，作用为向系统指定的标准输出设备输出日志信息，$\mathrm{cerr}$没有缓冲区，$\mathrm{clog}$具有缓冲区，即$\mathrm{cerr}$结果会立即被显示到输出设备上，$\mathrm{clog}$在缓冲区满或遇到$\mathrm{endl}$时才显示；

• 对输出数据进行格式化称为流格式化输出，如果需要控制流输出的格式，一是使用流格式控制符，二是利用流类的相关成员函数进行控制；

• 流格式控制符在头文件$\mathrm{iomanip}$中定义，使用控制符时需要包含头文件$\mathrm{iomanip}$，常用的输入/输出流控制符如下表：

  $控制符$	$控制符作用$
  $\mathrm{dec}$	$置基数为10,相当{于}^{\prime }\%{\mathrm{d}}^{\prime }$
  $\mathrm{hex}$	$置基数为16,相当{于}^{\prime }\%{\mathrm{X}}^{\prime }$
  $\mathrm{oct}$	$置基数为8,相当{于}^{\prime }\%{\mathrm{o}}^{\prime }$
  $\mathrm{setbase}(\mathrm{n})$	$置基数为\mathrm{n}$
  $\mathrm{setfill}(\mathrm{c})$	$设置填充字符为\mathrm{c}$
  $\mathrm{setprecision}(\mathrm{n})$	$设置显示小数精度为\mathrm{n}位$
  $\mathrm{setw}(\mathrm{n})$	$设置域宽为\mathrm{n}个字符$
  $\mathrm{setiosflags}(\mathrm{ios}::\mathrm{fixed})$	$固定的浮点显示$
  $\mathrm{setiosflags}(\mathrm{ios}::\mathrm{scientific})$	$指数表示$
  $\mathrm{setiosflags}(\mathrm{ios}::\mathrm{left})$	$左对齐$
  $\mathrm{setiosflags}(\mathrm{ios}::\mathrm{right})$	$右对齐$
  $\mathrm{setiosflags}(\mathrm{ios}::\mathrm{skipws})$	$忽略前导空白$
  $\mathrm{setiosflags}(\mathrm{ios}::\mathrm{uppercase})$	$十六进制大写输出$
  $\mathrm{setiosflags}(\mathrm{ios}::\mathrm{lowercase})$	$十六进制小写输出$
  $\mathrm{setiosflags}(\mathrm{ios}::\mathrm{showpoint})$	$强制显示小数点$
  $\mathrm{setiosflags}(\mathrm{ios}::\mathrm{showpos})$	$强制显示符号$

• 控制符实例：用控制符控制数据输出格式$(example12\_1.cpp)$。

  /*** 作者：罗思维* 时间：2024/03/31* 描述：用控制符控制数据输出格式。 */
  #include <iostream>
  #include <iomanip>using namespace std;int main() {int iNumber;cout << "请输入一个数字:";cin >> iNumber;cout << "iNumber十进制:" << dec << iNumber << endl;cout << "iNumber十六进制:" << hex << iNumber << endl;cout << "iNumber八进制:" << setbase(8) << iNumber << endl;char *pStr = (char*)"Welcome";		// pStr指向字符串"Welcome"; cout << setw(20) << pStr << endl;	// 设置域宽为20,输出字符串; cout << setfill('-') << setw(20) << pStr << endl;	// 设置域宽为20,输出字符串,空白处用-填充; double dNumber = 5.845201314;cout << setiosflags(ios::scientific) << setprecision(8);cout << "dNumber = " << dNumber << endl;cout << "dNumber = " << setprecision(4) << dNumber << endl;			cout << "dNumber = " << setiosflags(ios::fixed) << dNumber << endl;	// 小数形式输出; return 0;
  }
  

• 流对象$\mathrm{cout}$常用的控制输出格式的成员函数如下：

  $成员函数$	$对应的控制符$	$作用$
  $\mathrm{precision}(\mathrm{n})$	$\mathrm{setprecision}(\mathrm{n})$	$设置显示小数精度为\mathrm{n}位$
  $\mathrm{width}(\mathrm{n})$	$\mathrm{setw}(\mathrm{n})$	$设置输出宽度为\mathrm{n}位$
  $\mathrm{fill}(\mathrm{c})$	$\mathrm{setfill}(\mathrm{c})$	$当输出长度不足输出长度时,设置填充字符\mathrm{c}$
  $\mathrm{setf}(\mathrm{flag})$	$\mathrm{setiosflags}(\mathrm{flag})$	$设置输出格式状况$
  $\mathrm{unsetf}()$	$\mathrm{resetiosflags}()$	$终止已设置的输出格式状态$

  设置格式状态的格式标志：

  • 对齐方式：
    • $\mathrm{ios}::\mathrm{left}$：输出数据左对齐；
    • $\mathrm{ios}::\mathrm{right}$：输出数据右对齐；
    • $\mathrm{ios}::\mathrm{internal}$：数值的符号位左对齐，数值右对齐，中间由填充字符填充，如：输出的数值为$-10$，输出长度为$5$，填充字符位为$\ast$，则：$-\ast \ast 10$；
  • 数值基数设定：
    • $\mathrm{ios}::\mathrm{dec}$：设置整数的基数为$10$；
    • $\mathrm{ios}::\mathrm{oct}$：设置整数的基数为$8$；
    • $\mathrm{ios}::\mathrm{hex}$：设置整数的基数为$16$；
  • 整数格式控制：
    • $\mathrm{ios}::\mathrm{showbase}$：强制输出整数的基数；
    • $\mathrm{ios}::\mathrm{showpoint}$：强制输出浮点数的小数点和尾数$0$；
    • $\mathrm{ios}::\mathrm{uppercase}$：以科学记数法格式$\mathrm{E}$和以十六进制输出字母时以大写表示；
    • $\mathrm{ios}::\mathrm{showpos}$：对整数显示$+$号；
  • 浮点数格式控制：
    • $\mathrm{ios}::\mathrm{scientific}$：浮点数以科学记数法格式输出；
    • $\mathrm{ios}::\mathrm{fixed}$：浮点数以定点格式(小数形式)输出；
  • 流控制：
    • $\mathrm{ios}::\mathrm{unitbuf}$：每次输出后刷新所有的流；
    • $\mathrm{ios}::\mathrm{stdio}$：每次输出后清除$\mathrm{stdout}、\mathrm{stderr}$；

• 流控制成员函数实例：用流控制成员函数控制数据输出格式$(example12\_2.cpp)$。

  /*** 作者：罗思维* 时间：2024/03/31* 描述：用流控制成员函数控制数据输出格式。 */
  #include <iostream>using namespace std;int main() {int nNumber = 80;// 进制的设置与取消设置;cout.setf(ios::showbase);cout << "nNumber十进制:" << nNumber << endl;cout.unsetf(ios::dec);cout.setf(ios::hex);cout << "nNumber十六进制:" << nNumber << endl;cout.unsetf(ios::hex);cout.setf(ios::oct);cout << "nNumber八进制:" << nNumber << endl;cout.unsetf(ios::oct);// 域宽与填充的设置与取消设置;char *pStr = (char*)"Welcome";cout.width(20);cout << pStr << endl;cout.width(20);cout.fill('-');cout << pStr << endl;// 小数输出形式设置;double dNumber = 5.845201314;cout.setf(ios::scientific);cout << "dNumber = ";cout.width(15);cout << dNumber << endl;cout.unsetf(ios::scientific);cout.setf(ios::fixed);cout.width(14);cout.setf(ios::showpos);cout.setf(ios::internal);cout.precision(5);cout << dNumber << endl;return 0;
  }
  

12.3 重载流运算符

• 运算符重载的两种形式：重载为成员函数或重载为友元函数，重载插入运算符和提取运算符时，左边的参数是流，右边的参数是类的对象，因此，只能用友元函数的方式去重载插入运算符和提取运算符；

• 插入运算符重载的语法格式：

  ostream& operator<<(ostream& os,const T& t)
  {...;	// 函数体;return os;
  }
  

  • 第一个参数：是对$\mathrm{ostream}$对象的引用，函数返回值必须是这个引用对象；
  • 第二个参数：为输出的对象，$\mathrm{T}$是用户自定义的类，$\mathrm{t}$为该类的对象名；

• 插入运算符重载实例：复数类的输出$(Complex1)$。

  • $\mathrm{CComplex}$类定义头文件$(CComplex.h)$：

    /*** 作者：罗思维* 时间：2024/03/31* 描述：复数类定义头文件。*/
    #include <iostream>using namespace std;class CComplex {protected:double real;				// 复数的实部;double imag;				// 复数的虚部;public:CComplex(double pr = 0.0, double pi = 0.0) {real = pr;imag = pi;};virtual ~CComplex();// 重载插入运算符; friend ostream& operator<<(ostream&, const CComplex&);
    };
    

  • $\mathrm{CComplex}$类实现文件$(CComplex.cpp)$：

    /*** 作者：罗思维* 时间：2024/03/31* 描述：复数类实现文件。*/#include "CComplex.h"CComplex::~CComplex() {
    }// 重载插入运算符实现; 
    ostream& operator<<(ostream& os, const CComplex& c) {os << "(" << c.real << "," << c.imag << "i" << ")" << endl;return os;
    }
    

  • 程序主文件$(main.cpp)$：

    /*** 作者：罗思维* 时间：2024/03/31* 描述：程序主文件。*/
    #include "CComplex.h"int main() {CComplex a(1, 2);cout << a;return 0;
    }
    

• 提取运算符重载的语法格式：

  istream& operator>>(istream& is,const T& t)
  {...;	// 函数体;return is;
  }
  

  • 第一个参数：为输入流$\mathrm{istream}$对象的引用，函数返回值必须是这个引用对象；
  • 第二个参数：为提取的对象，$\mathrm{T}$是用户自定义的类，$\mathrm{t}$为该类的对象名；

• 提取运算符重载实例：复数类的输入$(Complex2)$。

  • $\mathrm{CComplex}$类定义头文件$(CComplex.h)$：

    /*** 作者：罗思维* 时间：2024/03/31* 描述：复数类定义头文件。*/
    #include <iostream>using namespace std;class CComplex {protected:double real;				// 复数的实部;double imag;				// 复数的虚部;public:CComplex(double pr = 0.0, double pi = 0.0) {real = pr;imag = pi;};virtual ~CComplex();// 重载插入运算符;friend ostream& operator<<(ostream&, const CComplex&);// 重载提取运算符;friend istream& operator>>(istream&, CComplex&);
    };
    

  • $\mathrm{CComplex}$类实现文件$(CComplex.cpp)$：

    /*** 作者：罗思维* 时间：2024/03/31* 描述：复数类实现文件。*/#include "CComplex.h"CComplex::~CComplex() {
    }// 重载插入运算符实现;
    ostream& operator<<(ostream& os, const CComplex& c) {os << "(" << c.real << "," << c.imag << "i" << ")" << endl;return os;
    }// 重载提取运算符实现;
    istream& operator>>(istream& is, CComplex& c) {cout << "请输入一个复数:";is >> c.real >> c.imag;return is;
    }
    

  • 程序主文件$(main.cpp)$：

    /*** 作者：罗思维* 时间：2024/03/31* 描述：程序主文件。*/
    #include "CComplex.h"int main() {CComplex a;cin >> a;cout << a;return 0;
    }
    

12.4 文件操作

• $\mathrm{C}$++中对文件的读/写是通过流来操作的，操作文件的流称为文件流；

• 文件是一组由有限且相关的数据组成的有序集合，"有限"指文件中的数据有最大限度，"相关"指这些数据有关联性；

• 文件通常存储在外部存储设备上，当程序需要使用文件时，才将其中的数据读入内存；

• 文件可以分为：普通文件和设备文件；

  • 普通文件：指存储在外部设备上的文件；
  • 设备文件：指与计算机主机相关联的各种外部设备，如：显示器、打印机、鼠标、键盘等；

• 按照文件存储时的编码方式分为：文本文件($\mathrm{ASCII}$码文件)和二进制文件。

  • 文本文件：此类文件在存储时，以$\mathrm{ASCII}$码作为内容来存储，每一个字符对应文件中的一个字节，这些字节按照顺序被存储在磁盘上；
  • 二进制文件：将其内容按照二进制编码的方式来存放的文件；

• 文本文件和二进制文件存储举例：

  

• 在对文本文件进行$I/O$操作时，需要进行格式转换，二进制文件不需要进行转换；

• 对文件进行$I/O$操作的步骤：

  • 打开文件：在读写文件前，需要定义一个文件流类的对象，并用该对象打开文件，得到文件的一个句柄；
  • 读写文件：打开文件后，文件对象中会有一个指向文件中当前位置的指针，该指针的初始位置取决于打开文件时开发者设置的参数，默认情况为$0$；每次从文件读出数据或向文件写入信息后，文件指针自动向后移动相应的字节，对于文本文件，文件指针移动一个字节，对于二进制文件，由数据类型决定；读文件时，如果文件指针移到文件的末尾，则读出的内容是文件结束符；
  • 关闭文件：完成文件的所有操作，需要关闭文件；

• 常用的文件流对象有：$\mathrm{ifstream}、\mathrm{ofstream}、\mathrm{fstream}$；

  • $\mathrm{ifstream}$：输入文件流对象；
  • $\mathrm{ofstream}$：输出文件流对象；
  • $\mathrm{fstream}$：输入/输出文件流对象；

• 打开文件前，先根据需要进行的操作声明流对象：

  ifstream file_in;			// 建立输入文件流对象;
  ofstream file_out;			// 建立输出文件流对象;
  fstream file_io;			// 建立输入/输出文件流对象;
  

• 打开文件的两种方式：一是通过文件流的构造函数，二是利用成员函数$\mathrm{open}()$；

  // 1.利用文件流对象构造函数打开文件;
  ofstream file_out("C:\\a_out.dat",ios::out|ios::binary);	// 以二进制方式打开输出文件;
  ifstream file_in("C:\\a_in.dat",ios::in|ios::binary);		// 以二进制方式打开输入文件;// 2.常用文件流对象构造函数:
  ifstream::ifstream(const char*,int=ios::in,int=filebuf::openprot);
  ofstream::ofstream(const char*,int=ios::out,int=filebuf::openprot);
  fstream::fstream(const char*,int,int=filebuf::openprot);// 3.文件流类的成员函数open()原型：
  void open(const char *,int);// 4.三个常用的文件流的默认成员函数原型：
  void ifstream::open(const char*,int=ios::in);
  void ofstream::open(const char*,int=ios::out);
  void fstream::open(const char*,int);// 4.1 参数说明:
  // 参数1：代表文件名的字符串,一般需要完整的路径名,若文件在与exe相同的目录,则可以使用相对路径;
  // 参数2：文件的打开方式；
  

  文件的打开方式：

  $常用$	$作用$
  $\mathrm{ios}::\mathrm{in}$	$打开文件用于数据输入,即从文件中读数据$
  $\mathrm{ios}::\mathrm{out}$	$打开文件用于数据输出,即向文件中写数据$
  $\mathrm{ios}::\mathrm{ate}$	$打开文件后将文件指针置在文件尾部$
  $\mathrm{ios}::\mathrm{app}$	$打开文件用于追加数据,文件指针始终指向文件尾部$
  $\mathrm{ios}::\mathrm{trunc}$	$当打开文件已存在时,则清除其内容,即擦除以前所有数据,使之成为空文件$
  $\mathrm{ios}::\mathrm{nocreate}$	$如果打开文件不存在,则不建立任何文件,返回打开失败信息$
  $\mathrm{ios}::\mathrm{noreplace}$	$如果打开文件已存在,不进行覆盖,当文件存在时,返回错误信息$
  $\mathrm{ios}::\mathrm{binary}$	$以二进制方式打开文件,在不指定的情况下默认以文本文件方式打开文件$

  使用符号"|"将常量组合，控制打开文件的多种属性，如下：

  ios::in|ios::nocreate;		// 文件打开用于数据输入,若打开文件不存在,则返回打开失败信息;
  ios::out|ios::noreplace;	// 文件打开用于数据输出,若打开文件存在,则返回打开失败信息;
  ios::in|ios::out;			// 文件打开既用于数据输入,又用于数据输出;
  ios::app|ios::nocreate;		// 文件打开后指针在文件尾,用于追加数据,若打开文件不存在,返回打开失败信息;
  ios::in|ios::out|ios::binary;	// 文件以二进制方式打开,既用于数据输入,又用于输出输出;
  

• 检查文件是否打开成功，使用$\mathrm{fail}()$成员函数判定，原型如下：

  bool fail();	// 打开失败,返回true;打开成功,返回false;
  

• 文件操作实例：打开一个文件并向其中写入文本数据，如果文件不存在，则新建一个文件，如果文件存在，则以追加方式写入数据$(example12\_3.cpp)$。

  /*** 作者：罗思维* 时间：2024/04/01* 描述：打开一个文件并向其中写入文本数据。*/
  #include <iostream>
  #include <fstream>using namespace std;int main() {ofstream file_out;file_out.open("./data.txt", ios::out | ios::app);if (file_out.fail()) {cerr << "file data.txt open fail!" << endl;return 1;}file_out.close();		// 关闭文件;return 0;
  }
  

• 向文本文件输出数据的两种方法：一是使用插入操作符"<<"，二是调用成员函数$(\mathrm{put})$；

• 文本文件数据输出实例$(example12\_4.cpp)$：

  /*** 作者：罗思维* 时间：2024/04/01* 描述：文本文件的输出。 */
  #include <iostream>
  #include <fstream>using namespace std;int main() {ofstream file_out("./data2.txt");// 利用插入操作符进行数据输出; file_out << "A B C D E F G" << endl;file_out << "H I J K L M N" << endl;file_out << "O P Q R S T" << endl;file_out << "U V W X Y Z" << endl;// 利用put()成员函数进行数据输出。 for (int i = 65; i <= 90; i++) {file_out.put(i);			// 输出单个字母; file_out.put(32);			// 输出一个空格; switch (i) {case 71:file_out.put(10);	// 输出换行; break;case 78:file_out.put(10);break;case 84:file_out.put(10);break;case 90:file_out.put(10);break;default:break;}}file_out.close();return 0;
  }
  

• 将文本文件中的数据读入内存的三种方法：一是利用提取操作符">>"，二是调用成员函数$\mathrm{get}()$，三是调用成员函数$\mathrm{getline}()$；

  // 1.利用提取操作符">>"，原型如下:
  istream& operator >>(C++标准类型 &);// 2.调用成员函数get();
  int get();					// 读取字符;
  istream& get(char& c);		// 读取一个字符并存储到c中;// 3.调用成员函数getline();
  istream& getline(char * buffer,int len,char="\n");// 参数说明:
  // getline()用于读入文本文件中的一块文本;
  // 参数1：读入数据转存到的字符串,即将读入的字符存储到buffer;
  // 参数2：读入字符块的长度;
  // 参数3：默认为换行,当遇到换行时,则停止本次读取;
  

• 利用提取操作符读取文本数据$(example12\_5.cpp)$：

  /*** 作者：罗思维* 时间：2024/04/01* 描述：利用提取操作符读取文本数据。 */
  #include <iostream>
  #include <fstream>using namespace std;int main() {ifstream file_in("./data3.txt", ios::in);			// 打开文件; if (file_in.fail()) {			// 判断文件打开是否成功; cerr << "File data3.txt open fail!" << endl;}char cRead;while (file_in >> cRead) {		// 读取单个字符; cout << cRead << " ";		// 输出单个字符; }file_in.close();				// 关闭文件; return 0;
  }
  

• 利用$\mathrm{get}()$成员函数读取文本数据$(example12\_6.cpp)$：

  /*** 作者：罗思维* 时间：2024/04/01* 描述：利用get()成员函数读取文本数据。 */
  #include <iostream>
  #include <fstream>using namespace std;int main() {ifstream file_in("./data3.txt", ios::in);			// 打开文件; if (file_in.fail()) {			// 判断文件是否成功打开; cerr << "File data3.txt open fail!" << endl;}char cRead;while (!file_in.eof()) {		// 判断文件内容是否结束,读取单个字符并输出到屏幕上; cRead = file_in.get();cout << cRead;}file_in.close();				// 关闭文件; return 0;
  }
  

• 利用提取操作符读取数据时，忽略空格、换行符，利用$\mathrm{get}()$成员函数读取数据时，会将空格、换行符全部读出；

• 利用$\mathrm{get}(char\&\mathrm{c})$成员函数读取文本数据$(example12\_7.cpp)$：

  /*** 作者：罗思维* 时间：2024/04/01* 描述：利用get(char& c)成员函数读取文本数据。 */
  #include <iostream>
  #include <fstream>using namespace std;int main() {ifstream file_in("./data3.txt", ios::in);			// 打开文件; if (file_in.fail()) {								// 判断文件打开是否成功; cerr << "File data3.txt open fail!" << endl;}char c;while (!file_in.eof()) {		// 当没有读到文件尾部时,读取单个字符并输出到屏幕上; file_in.get(c);cout << c;}file_in.close();				// 关闭文件; return 0;
  }
  

• 利用$\mathrm{getline}()$成员函数读取文本数据$(example12\_8.cpp)$：

  /*** 作者：罗思维* 时间：2024/04/01* 描述：利用getline()成员函数读取文本数据。*/
  #include <iostream>
  #include <fstream>
  #include <string.h>using namespace std;int main() {ifstream file_in("./data3.txt", ios::in);		// 打开文件;if (file_in.fail()) {			// 判断文件打开是否成功;cerr << "File data3.txt open fail!" << endl;}char* buf = new char[128];memset(buf, 0, 128);			// 清空buf内容;while (!file_in.eof()) {file_in.getline(buf, 128);	// 逐行读取数据到buf中;cout << buf << endl;memset(buf, 0x00, 128);		// 清空buf内容;}delete[] buf;					// 释放动态内存;file_in.close();				// 关闭文件;return 0;
  }
  

• 向二进制文件写入数据是利用流类$\mathrm{ostream}$的$\mathrm{write}()$函数实现，原型如下：

  ostream& write(const char * buffer,int len);// 参数说明：
  // 参数1：buffer用于存储需要写入文件的内容;
  // 参数2：len是设定写入数据的长度;
  

• 向二进制文件写入数据实例$(example12\_9.cpp)$：

  /*** 作者：罗思维* 时间：2024/04/02* 描述：向二进制写入数据。* 数据：1 2 3 4 5 6 7 8 9*  	A B C D E F G*/
  #include <iostream>
  #include <fstream>using namespace std;int main() {// 打开二进制文件; ofstream file_out("./data.dat", ios::out | ios::binary | ios::trunc);// 如果文件打开失败,则显示错误信息; if (!file_out) {cerr << "File data.dat open fail!" << endl;exit(1);}// 写入1,2,3,4,5,6,7,8,9; for (int i = 49; i <= 57; i++) {file_out.write((char*)&i, sizeof(int));}// 写入A,B,C,D,E,F,G for (int i = 65; i <= 70; i++) {file_out.write((char*)&i, sizeof(int));}file_out.close();return 0;
  }
  

• 将二进制文件作为输入文件，则读取其数据时使用流类$\mathrm{istream}$的成员函数$\mathrm{read}()$，函数原型为：

  istream& read(char * buffer,int len);// 参数说明：
  // 参数1：buffer用于存储需要读取的内容;
  // 参数2：len是设定读取数据的长度;
  

• 读取二进制文件数据实例，每次只读一个数值$(example12\_10.cpp)$：

  /*** 作者：罗思维* 时间：2024/04/02* 描述：从二进制读入数据。* 数据：1 2 3 4 5 6 7 8 9*  	 A B C D E F G*/
  #include <iostream>
  #include <fstream>using namespace std;int main() {ifstream file_in("./data.dat", ios::in | ios::binary);if (!file_in) {cerr << "File data.dat open fail!" << endl;exit(1);}int n;while (!file_in.eof()) {file_in.read((char*)&n, sizeof(n));cout << (char)n << " ";}file_in.close();return 0;
  }
  

• 读取二进制文件数据实例，一次性从文件中读出多个字节$(example12\_11.cpp)$：

  /*** 作者：罗思维* 时间：2024/04/02* 描述：从二进制读入数据。* 数据：1 2 3 4 5 6 7 8 9*  	 A B C D E F*/
  #include <iostream>
  #include <fstream>
  #include <string.h>using namespace std;// 定义函数,输出字符串; 
  void print(char* &str, int len) {for (int i = 0; i < len; i++) {cout << str[i];}
  }int main() {ifstream file_in("./data.dat", ios::in | ios::binary);if (!file_in) {cerr << "File data.dat open fail!" << endl;exit(1);}char* buf = new char[11];		// 开辟空间; memset(buf, 0x00, 11);			// 清空空间内容; while (!file_in.eof()) {file_in.read(buf, 10);		// 一次性读取10个字节; print(buf, 10);memset(buf, 0x00, 10);		// 清空空间内容; }delete[] buf;					// 释放内存; file_in.close();				// 关闭文件; return 0;
  }
  

• 与文件相关联的指针：读取指针和写入指针。

  • 读取指针：指向文件当前要读取的数据的位置；
  • 写入指针：指向现在正要写入数据的位置；

• 控制文件指针的两个函数：

  • 流类$\mathrm{istream}$的成员函数$\mathrm{seekg}()$用于把读文件指针移动到指定位置，函数原型：

    istream& seekg(long dis,seek_dir ref=ios::beg);
    

  • 流类$\mathrm{ostream}$的成员函数$\mathrm{seekp}()$用于把写文件指针移动到指定位置，函数原型：

    ostream& seekp(long dis,seek_dir ref=ios::beg);
    

  • 参数$\mathrm{dis}$：文件指针需要移动的字节数，当其为正数时，表示向后移，向文件末尾，当其为负数时，表示向前移，向文件开头；

  • 参数$seek\_dir$：$\mathrm{ios}$根基类中定义的枚举类型；

    enum seek_dir {beg = 0,cur = 1,end =2};// ios::beg：文件的开始位置;
    // ios::cur：当前位置;
    // ios::end：结束位置;
    

• 通过文件指针移动把二进制文件数据显示到屏幕上$(example12\_12.cpp)$：

  /*** 作者：罗思维* 时间：2024/04/02* 描述：从二进制读入数据。* 数据：1 2 3 4 5 6 7 8 9*  	 A B C D E F*/
  #include <iostream>
  #include <fstream>using namespace std;int main() {// 打开二进制文件; ifstream file_in("./data.dat", ios::in | ios::binary);// 判断文件是否打开成功; if (!file_in) {cerr << "File data.dat open fail!" << endl;exit(1);}int n;// 移动指针,9x4个字节; file_in.seekg(9 * 4, ios::beg);while (!file_in.eof()) {file_in.read((char*)&n, sizeof(n));		// 读取二进制文件数据; cout << (char)n << " ";}file_in.close();							// 关闭文件; return 0;
  }
  

12.5 实战

项目需求 :编写一个学生信息管理系统，要求将学生数据保存在文件中，提供查询、修改、删除学生信息的功能。

代码实现$(\mathrm{StuManageInfoSystem})$：

• $Student.h$

  /*** 作者：罗思维* 时间：2024/04/03* 描述：定义存储学生信息结构体。 */
  #pragma once
  #include <iostream>
  #include <iomanip>
  #include <fstream>
  #include <vector>using namespace std;#define NULL 0
  int const MAX_NUM = 20;
  #define LEN sizeof(struct student)// 定义一个学生考试信息的结构体;
  /* 	参数说明:* 	name：	姓名;*  sex：	性别;*  id：	准考证号;*  score：	分数;*  total：	总分数;
  */
  struct student {char name[MAX_NUM];char sex[MAX_NUM];long int id;int score[4];int total;struct student *next;
  };
  

• $Information.h$

  /*** 作者：罗思维* 时间：2024/04/03* 描述：学生信息类定义头文件。 */
  #pragma once
  #include "Student.h"static int n = 0;
  class CInformation {private:student *p1, *p2, *p3, *head, st;public:CInformation();virtual ~CInformation();student* create();					// 建立链表函数; void output(student* head);			// 输出链表; int count(student* head);			// 函数count统计考生总数; student* insert(student* head);		// 指针函数insert添加考生信息; student* cancel(student* head, long int num);	// 指针函数cancel删除考生信息; student* find(student* head, long int num);		// 指针函数find查找考生信息; void sort(student* head);			// 考生总分从大到小排列输出; void average(student* head);		// 考生成绩平均分; void save(student* head);			// 保存信息函数; student* Read();					// 读取信息函数; 
  };
  

• $Information.cpp$

  /*** 作者：罗思维* 时间：2024/04/03* 描述：学生信息各种接口函数实现。 */
  #include "Information.h"
  #include "Student.h"
  #include <string.h>CInformation::CInformation() {
  }CInformation::~CInformation() {
  }// 新建学生信息成员函数;
  student *CInformation::create(void) {char ch[MAX_NUM];n = 0;p1 = p2 = (student *) malloc(LEN);cout << "------<<请建立学生考试信息表>>------" << endl;cout << "姓名:";cin >> ch;head = NULL;while (strcmp(ch, "!") != 0) {p1 = (student *)malloc(LEN);strcpy(p1->name, ch);cout << "性别:";cin >> p1->sex;cout << "准考证号(8位):";cin >> p1->id;cout << "数学成绩:";cin >> p1->score[0];cout << "物理成绩:";cin >> p1->score[1];cout << "英语成绩:";cin >> p1->score[2];cout << "C语言成绩:";cin >> p1->score[3];p1->total = p1->score[0] + p1->score[1] + p1->score[2] + p1->score[3];if (n == 0) {head = p1;} else {p2->next = p1;}p2 = p1;n++;cout << "姓名:";cin >> ch;}p2->next = NULL;return (head);
  }// 输出学生信息成员函数;
  void CInformation::output(student *head) {if (head == NULL) {cout << "这是一个空表,请先输入考生成绩.\n";} else {cout << "-------------------------\n";cout << " *学生考试成绩信息表*\n";cout << "-------------------------\n";cout << "准考证号 姓名 性别 数学 物理 英语 C语言 平均分 总分\n";p1 = head;do {cout << setw(8) << p1->id<< setw(9) << p1->name<< setw(8) << p1->sex<< setw(8) << p1->score[0]<< setw(9) << p1->score[1]<< setw(9) << p1->score[2]<< setw(9) << p1->score[3]<< setw(9) << p1->total / 4.0<< setw(9) << p1->total << endl;cout << "-------------------------\n";p1 = p1->next;} while (p1 != NULL);}
  }// 获得存储的学生数成员函数;
  int CInformation::count(struct student *head) {if (head == NULL) {return (0);} else {return (1 + count(head->next));}
  }// 插入存储的学生信息成员函数;
  student  *CInformation::insert(student *head) {cout << "\t---------------<<请输入新增学生成绩信息>>---------------\n" << endl;p1 = (student *)malloc(LEN);cout << "准考证号(8位):";cin >> p1->id;cout << "姓名:";cin >> p1->name;cout << "性别:";cin >> p1->sex;cout << "数学成绩:";cin >> p1->score[0];cout << "物理成绩:";cin >> p1->score[1];cout << "英语成绩:";cin >> p1->score[2];cout << "C语言成绩:";cin >> p1->score[3];p1->total = p1->score[0] + p1->score[1] + p1->score[2] + p1->score[3];p2 = head;if (head == NULL) {head = p1;p1->next = NULL;} else {while ((p1->id > p2->id) && (p2->next != NULL)) {p3 = p2;p2 = p2->next;}if (p1->id <= p2->id) {if (head == p2) {p1->next = head;head = p1;} else {p3->next = p1;p1->next = p2;}} else {p2->next = p1;p1->next = NULL;}}n++;cout << "\t---------------<<你输入的学生信息已经成功插入>>---------------\n" << endl;return head;
  }// 删除某学生信息成员函数;
  student *CInformation::cancel(student *head, long int num) {if (head == NULL) {return (head);} else {p1 = head;while (num != p1->id && p1->next != NULL) {p2 = p1;p1 = p1->next;}if (num == p1->id) {if (p1 == head) {head = p1->next;} else {p2->next = p1->next;}cout << "删除准考证号为" << num << "的学生\n";n--;}return (head);}
  }// 查找某学生信息成员函数;
  student *CInformation::find(student *head, long int num) {if (head == NULL) {cout << "这是一个空表,请先输入考生成绩.\n";return (head);} else {p1 = head;while (num != p1->id && p1->next != NULL) {p1 = p1->next;}if (num == p1->id) {cout << setw(8) << p1->id<< setw(9) << p1->name<< setw(8) << p1->sex<< setw(8) << p1->score[0]<< setw(9) << p1->score[1]<< setw(9) << p1->score[2]<< setw(9) << p1->score[3]<< setw(9) << p1->total / 4.0<< setw(9) << p1->total << endl;cout << "-------------------------\n";} else {cout << "没找到准考证号为" << num << "的学生.\n";}return (head);}
  }// 信息排序成员函数;
  void CInformation::sort(student *head) {int i, k, m = 0, j;student *p[MAX_NUM];if (head != NULL) {m = count(head);cout << "-------------------------\n";cout << "*学生考试成绩统计表*\n";cout << "-------------------------\n";cout << "准考证号 姓名 性别 数学 物理 英语 C语言 平均分 总分 名次\n";cout << "-------------------------\n";p1 = head;for (k = 0; k < m; k++) {p[k] = p1;p1 = p1->next;}for (k = 0; k < m - 1; k++) {for (j = k + 1; j < m; j++) {if (p[k]->total < p[j]->total) {p2 = p[k];p[k] = p[j];p[j] = p2;}}}for (i = 0; i < m; i++) {cout << setw(8) << p[i]->id<< setw(9) << p[i]->name<< setw(6) << p[i]->sex<< setw(7) << p[i]->score[0]<< setw(7) << p[i]->score[1]<< setw(7) << p[i]->score[2]<< setw(7) << p[i]->score[3]<< setw(8) << p[i]->total / 4.0<< setw(7) << p[i]->total<< setw(9) << i + 1 << endl;cout << "-------------------------\n";}}
  }// 计算学生各科平均成绩成员函数;
  void CInformation::average(student *head) {int k, m;float arg1 = 0, arg2 = 0, arg3 = 0, arg4 = 0;if (head == NULL) {cout << "这是一个空表,请先输入考生成绩.\n";} else {m = count(head);p1 = head;for (k = 0; k < m; k++) {arg1 += p1->score[0];arg2 += p1->score[1];arg3 += p1->score[2];arg4 += p1->score[3];p1 = p1->next;}arg1 /= m;arg2 /= m;arg3 /= m;arg4 /= m;cout << "*全班单科成绩平均分*\n";cout << "-------------------------\n";cout << "数学平均分:" << setw(7) << arg1<< "物理平均分:" << setw(7) << arg2<< "英语平均分:" << setw(7) << arg3<< "C语言平均分:" << setw(7) << arg4 << endl;cout << "-------------------------\n";}
  }// 信息保存成员函数;
  void CInformation::save(student *head) {ofstream out("data.txt", ios::out);out << count(head) << endl;while (head != NULL) {out << head->name << "\t"<< head->id << "\t" << "\t"<< head->sex << "\t"<< head->score[0] << "\t"<< head->score[1] << "\t"<< head->score[2] << "\t"<< head->score[3] << "\t"<< head->total << endl;head = head->next;}
  }// 学生信息读取成员函数;
  student *CInformation::Read() {int i = 0;p1 = p2 = (student *) malloc(LEN);head = NULL;ifstream in("data.txt", ios::out);in >> i;if (i == 0) {cout << "data.txt文件中的数据为空,请先输入数据." << endl;return 0;} else {cout << "-------------------------\n";for (; i > 0; i--) {p1 = (student *)malloc(LEN);in >> st.name >> st.id >> st.sex>> st.score[0] >> st.score[1]>> st.score[2] >> st.score[3]>> st.total;strcpy(p1->name, st.name);p1->id = st.id;strcpy(p1->sex, st.sex);p1->score[0] = st.score[0];p1->score[1] = st.score[1];p1->score[2] = st.score[2];p1->score[3] = st.score[3];p1->total = st.total;if (n == 0) {head = p1;} else {p2->next = p1;}p2 = p1;n++;cout << " " << p1->name << "\t"<< p1->id << "\t" << "\t"<< p1->sex << "\t"<< p1->score[0] << "\t"<< p1->score[1] << "\t"<< p1->score[2] << "\t"<< p1->score[3] << "\t"<< p1->total << endl;cout << "-------------------------\n";}cout << "数据已经成功读取完毕." << endl;p2->next = NULL;return (head);}
  }
  

• $main.cpp$

  /*** 作者：罗思维* 时间：2024/04/03* 描述：程序主文件。 */
  #include "Student.h"
  #include "Information.h"vector<student> stu;int main() {CInformation person;student *head = NULL;int choice;long int i;do {cout << " 1.输入学生成绩" << endl;cout << " 2.显示学生成绩" << endl;cout << " 3.排序统计成绩" << endl;cout << " 4.查找学生成绩" << endl;cout << " 5.增加学生成绩" << endl;cout << " 6.删除学生成绩" << endl;cout << " 7.安全退出系统" << endl;cout << " 请输入您的选择(0-7):";cin >> choice;switch (choice) {case 0:head = person.Read();break;case 1:head = person.create();break;case 2:person.output(head);break;case 3:person.sort(head);person.average(head);cout << "参加考试的学生人数为:" << person.count(head) << "人\n";break;case 4:cout << "请输入要查找的准考证号(8位):";cin >> i;person.find(head, i);break;case 5:head = person.insert(head);person.output(head);break;case 6:cout << "请输入要删除的准考证号(8位):";cin >> i;head = person.cancel(head, i);person.output(head);break;case 7:person.save(head);break;default:cout << "输入有误,请重新输入.\n";break;}} while (choice != 7);
  }