C++ 尺度库 —— iostream

1、istream 和 ostream 

1.1、istream类

istream 类用于从尺度输入设备（比方键盘）或其他输入设备（如文件）读取数据，它是所有输入流类的基类。
常用的成员函数：
operator>>：提取运算符，用于从输入流中提取数据。
   >> 的实现原理：
  在 ostream 类中，<< 操作符被重载为一个函数，该函数可以或许处理各种类型的输出，比如整型、浮点型、字符串等。每次利用 << 时，数据都会传递给该运算符函数，终极输出到流所指向的设备上（如终端或文件）。典型的输出运算符重载形式为：

1. std::ostream& operator<<(std::ostream& os, int value);
2. std::ostream& operator<<(std::ostream& os, double value);
3. std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const char* str);

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链式调用的原理：
  << 操作符的返回值是对输出流对象本身的引用（std:stream&），这使得链式调用成为可能。如下面例子，std::cout << "x = " 返回的是 std:stream&，接着 x 通过下一个 << 操作符继续输出。

1. std::cout << "x = " << x << ", y = " << y;

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get()：从输入流中获取一个字符或字符数组。

1. char ch;
2. std::cin.get(ch);  // 读取一个字符

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getline()：从输入流中读取一行字符串。

1. std::string line;
2. std::getline(std::cin, line);  // 读取一行字符串

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1.2、ostream 类

ostream 类用于将数据输出到尺度输出设备（比方屏幕）或其他输出设备，它是所有输出流类的基类。
常用的成员函数：
operator<<：插入运算符，用于将数据输出到流中（实现原理与 >> 类似）。
put()：输出一个字符。

1. std::cout.put('A');  // 输出字符 'A'

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write()：输出一系列字符。

1. char str[] = "C++ Programming";
2. std::cout.write(str, sizeof(str));  // 输出字符串

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2、iostream

iostream 类是 istream 和 ostream 的派生类，可以或许同时执行输入和输出操作，通常用于文件或其他双向通讯的场景。
   为什么不直接设计一个 iostream，转而先设计 istream 和 ostream 呢？
  

• 在设计流类时，将输入和输出职责分开，使每个类的职责更加明确，便于理解和维护。这符合单一职责原则，即每个类应该只负责一件事情。
  
• 分离 istream 和 ostream 为两个独立的类为以后的扩展提供了更大的机动性。比方ifstream 类只必要处理文件输入，它只需继续 istream 即可，而 ofstream 类只处理文件输出，它继续自 ostream。在某些特别情况下，程序既必要处理输入也必要处理输出，iostream 就发挥了作用（fstream 同时用于文件读写）。
  

  2.1、尺度输入输出对象

在 iostream 库中，已经定义了一些常用的全局流对象：

• std::cin：尺度输入流，通常与键盘关联，用于从尺度输入读取数据。
  
• std::cout：尺度输出流，通常与显示器关联，用于向尺度输出设备（屏幕）输出数据。
  
• std::cerr：尺度错误输出流，通常与显示器关联，用于输堕落误信息，不带缓冲。
  
• std::clog：尺度日志输出流，通常用于输出日志信息，带缓冲。
  

1. int age;
2. std::cin >> age;  // 从键盘读取一个整数
3. std::cout << "Hello, World!" << std::endl;  // 向屏幕输出 "Hello, World!"
4. std::cerr << "Error: Invalid input" << std::endl;  // 输出错误信息
5. std::clog << "Log: Application started" << std::endl;  // 输出日志信息

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  std::cin、std::cout、std::cerr 和 std::clog 的本质：
  这四个尺度流对象本质上是全局对象。它们是 C++ 尺度库中定义的对象，专门用于处理尺度输入、尺度输出和错误输出的流操作。根据尺度库的定义，这些流对象大抵是以如下方式声明的（虽然实际的实现可能会有所差别）：

1. namespace std {
2.     extern istream cin;   // 标准输入
3.     extern ostream cout;  // 标准输出
4.     extern ostream cerr;  // 标准错误输出（无缓冲）
5.     extern ostream clog;  // 标准日志输出（带缓冲）
6. }

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2.2、格式化输出

通过 iostream，可以对输出举行格式化。以下是几种常用的格式化方法：

• std::endl：输出换行并革新输出缓冲区。
  
• std::setw()：设置字段宽度，定义在 iomanip 头文件中。
  
• std::setprecision()：设置浮点数的精度，定义在 iomanip 头文件中。
  
• std::fixed 和 std::scientific：设置浮点数的显示格式。
  

1. std::cout << "Hello, World!" << std::endl;
3. std::cout << std::setw(10) << 123;  // 输出的数字宽度为10个字符
5. double pi = 3.14159;
6. std::cout << std::setprecision(3) << pi;  // 输出为 3.14
8. double num = 1234.56789;
9. std::cout << std::fixed << num;       // 以固定小数点格式输出
10. std::cout << std::scientific << num;  // 以科学计数法格式输出

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  std::endl 的本质：
  本质上是一个函数，而不是一个简单的换行符。它的功能不但仅是插入换行符（\n），它还会革新输出缓冲区，确保缓冲区中的数据被立即输出到设备（如终端、文件等）。std::endl 是定义在 ostream 类中的模板函数，它的声明通常如下：

1. namespace std
2. {
3.     template <class charT, class traits>
4.     basic_ostream<charT, traits>& endl(basic_ostream<charT, traits>& os)
5.     {
6.         os.put(os.widen('\n'));   // 插入换行符
7.         os.flush();               // 刷新缓冲区
8.         return os;
9.     }
10. }

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2.3、状态标志

在利用 iostream 举行输入输出时，流可能会出现一些错误情况，比如输入格式不正确、文件结束等。C++ 提供了一些函数和状态标志来查抄流的状态：
eof()：查抄是否到达文件末尾。

1. if (std::cin.eof())
2. {
3.     std::cout << "End of file reached" << std::endl;
4. }

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fail()：查抄上一次输入操作是否失败。

1. if (std::cin.fail())
2. {
3.     std::cerr << "Input failed!" << std::endl;
4. }

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bad()：查抄是否发生严峻的输入输堕落误。

1. if (std::cin.bad())
2. {
3.     std::cerr << "A critical error occurred!" << std::endl;
4. }

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clear()：重置流的状态标志。

1. std::cin.clear();  // 清除所有错误标志

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