13.3 使用传统 iostream 库

要使用来自传统 iostream 库的例程，必须针对所需的库部分将头文件包括进来。下表对头文件进行了具体描述。

表 13-1 iostream 例程头文件

通常程序中不需要所有这些头文件，而仅包括所需声明的头文件。缺省情况下，libiostream 包含传统的 iostream 库。

13.3.1 使用 iostream 进行输出

使用 iostream 进行的输出通常依赖于重载的左移运算符 (<<)（在 iostream 上下文中，称为插入运算符）。要将值输出到标准输出，应将值插入预定义的输出流 cout 中。例如，要将给定值 someValue 发送到标准输出，可以使用以下语句：

cout << someValue;

对于所有内置类型，都会重载插入运算符，且 someValue 表示的值转换为其适当的输出表示形式。例如，如果 someValue 是 float 值，<< 运算符会将该值转换为带小数点的适当数字序列。此处是将 float 值插入输出流中，因此 << 称为浮点插入器。通常，如果给定类型 X，<< 称为 X 插入器。ios(3CC4) 手册页中讨论了输出格式以及如何控制输出格式。

iostream 库不支持用户定义类型。如果您定义要以您自己的方式输出的类型，则必须定义插入器（即，重载 << 运算符）来正确处理它们。

<< 可以多次应用。要将两个值插入 cout 中，可以使用类似于以下示例中的语句：

cout << someValue << anotherValue;

以上示例的输出在两个值间不显示空格。因此您可能会要按以下方式编写编码：

cout << someValue << " " << anotherValue;

运算符 << 优先作为左移运算符（其内置含义）使用。与其他运算符一样，总是可以使用圆括号来指定操作顺序。必要时可使用括号来避免出现优先级问题。下列四个语句中，前两个是等价的，但后两个不是。

cout << a+b;              // + has higher precedence than <<
cout << (a+b);
cout << (a&y);            // << has precedence higher than &
cout << a&y;            // probably an error: (cout << a) & y

13.3.1.1 定义自己的插入运算符

以下示例定义了 string 类：

#include <stdlib.h>
#include <iostream.h>


class string {
private:
    char* data;
    size_t size;

public:
    // (functions not relevant here)

    friend ostream& operator<<(ostream&, const string&);
    friend istream& operator>>(istream&, string&);
};

在此示例中，必须将插入运算符和提取运算符定义为友元，因为 string 类的数据部分是 private。

ostream& operator<< (ostream& ostr, const string& output)
{    return ostr << output.data;}

以下示例显示了为用于 string 而重载的 operator<< 的定义。

cout << string1 << string2;

运算符 << 将 ostream&（也就是对 ostream 的引用）作为其第一个参数，并返回相同的 ostream，这样就可以在一个语句中合并多个插入。

13.3.1.2 处理输出错误

通常情况下，重载 operator<< 时不必检查错误，因为有 iostream 库传播错误。

出现错误时，所在的 iostream 会进入错误状态。iostream 状态中的各个位根据错误的一般类别进行设置。iostream 中定义的插入器不会尝试将数据插入处于错误状态的任何流，因此这种尝试不会更改 iostream 的状态。

通常，处理错误的推荐方法是定期检查某些中心位置中输出流的状态。如果存在错误，则应该以某种方式进行处理。本章假定您定义了函数 error，该函数接受字符串并中止程序。error 不是一个预定义函数。有关 error 函数的示例，请参见13.3.9 处理输入错误。您可以使用 运算符 ! 来检查 iostream 的状态，如果 iostream 处于错误状态，则会返回非零值。例如：

if (!cout) error("output error");

还有另外一种方法来测试错误。ios 类定义了 operator void *()，因此当发生错误时，它将返回 NULL 指针。您可以使用如下例所示的语句：

if (cout << x) return; // return if successful

也可以使用函数 good，它是 ios 的成员：

if (cout.good()) return; // return if successful

错误位在 enum 中声明：

enum io_state {goodbit=0, eofbit=1, failbit=2,
badbit=4, hardfail=0x80};

有关错误函数的详细信息，请参见 iostream 手册页。

13.3.1.3 刷新

与大多数 I/O 库一样，iostream 通常会累积输出并将其发送到较大且效率通常较高的块中。如果要刷新缓冲区，请插入特殊值 flush。例如：

cout << "This needs to get out immediately." << flush;
 

flush 是一种称为操纵符的对象示例，它是一个值，可以插入 iostream 中以起到一定作用，而不是使输出其值。这些值实际上是函数，它们接受 ostream& 或 istream& 参数，在对其执行某些操作后返回其参数（请参见13.7 操纵符）。

13.3.1.4 二进制输出

要获得原始二进制形式的值输出，请使用以下示例所示的成员函数 write。该示例显示了原始二进制形式的 x 输出。

cout.write((char*)&x, sizeof(x));

以上示例将 &x 转换为 char*，这违反了类型规程。一般情况下，这样做无关大碍，但如果 x 的类型是具有指针、虚拟成员函数的类或是需要 nontrivial 构造函数操作的类，就无法正确读回以上示例写入的值。

13.3.2 使用 iostream 进行输入

使用 iostream 进行的输入类似于输出。需要使用提取运算符 >>，可以像插入操作那样将提取操作串接在一起。例如：

cin >> a >> b;

该语句从标准输入获得两个值。与其他重载的运算符一样，所使用的提取器取决于 a 和 b 的类型。如果 a 和 b 具有不同的类型，则会使用两个不同的提取器。ios(3CC4) 手册页中详细讨论了输入格式以及如何控制输入格式。通常，前导空白字符（空格、换行符、标签、换页等）被忽略。

13.3.3 定义自己的提取运算符

要输入新的类型时，如同重载输出的插入运算符，请重载输入的提取运算符。

类 string 定义了其提取运算符，如以下代码示例所示：

示例 13-1 string 提取运算符

istream& operator>> (istream& istr, string& input)
{
    const int maxline = 256;
    char holder[maxline];
    istr.get(holder, maxline, ”\n’);
    input = holder;
    return istr;
}

get 函数从输入流 istr 读取字符，并将其存储在 holder 中，直到读取了 maxline-1 字符、遇到新行或 EOF（无论先发生哪一项）。然后，holder 中的数据以空终止。最后，holder 中的字符复制到目标字符串。

按照约定，提取器转换其第一个参数中的字符（此示例中是 istream& istr），将其存储在第二个参数（始终是引用），然后返回第一个参数。因为提取器会将输入值存储在第二个参数中，所以第二个参数必须是引用。

13.3.4 使用 char* 提取器

使用该预定义提取器时，请务必小心，它可能会导致问题。请按如下方式使用该提取器：

char x[50];
cin >> x;

该提取器跳过前导空白，提取字符并将其复制到 x 中，直至遇到另一个空白字符。然后，它使用终止空 (0) 字符完成字符串。请谨慎使用该提取器，因为输入可能会溢出给定的数组。

您还必须确保指针指向了分配的存储。以下示例显示了一个常见错误：

char * p; // not initialized
cin >> p;

由于将存储输入数据的位置不确定，因此您的程序可能会中止。

13.3.5 读取任何单一字符

除了使用 char 提取器外，还可以使用任一形式的 get 成员函数获取一个字符。例如：

char c;
cin.get(c); // leaves c unchanged if input fails

int b;
b = cin.get(); // sets b to EOF if input fails

以下示例显示了一种方法，该方法只跳过空格并在制表符、换行符或任何其他字符处停止：

int a;
do {
    a = cin.get();
   }
while(a ==’ ’);

13.3.6 二进制输入

如果需要读取二进制值（如使用成员函数 write 写入的值），可以使用 read 成员函数。以下示例说明了如何使用 read 成员函数输入原始二进制形式的 x，这是先前使用 write 的示例的反向操作。

cin.read((char*)&x, sizeof(x));

13.3.7 查看输入

可以使用 peek 成员函数查看流中的下一个字符，而不必提取该字符。例如：

if (cin.peek()!= c) return 0;

13.3.8 提取空白

缺省情况下，iostream 提取器跳过前导空白。以下示例先关闭了 cin 跳过空白功能，然后将其打开：

cin.unsetf(ios::skipws); // turn off whitespace skipping
...
cin.setf(ios::skipws); // turn it on again

可以使用 iostream 操纵符 ws 从 iostream 中删除前导空白，不论是否启用了跳过功能。以下示例说明了如何从 iostream istr 中删除前导空白：

istr >> ws;

13.3.9 处理输入错误

按照约定，第一个参数为非零错误状态的提取器不能从输入流提取任何数据，且不能清除任何错误位。失败的提取器至少应该设置一个错误位。

对于输出错误，您应该定期检查错误状态，并在发现非零状态时采取某些操作（诸如终止）。! 运算符测试 iostream 的状态。例如，如果输入字母字符用于输入，以下代码就会产生输入错误：

#include <stdlib.h>
#include <iostream.h>
void error (const char* message) {
     cerr << message << "\n";
     exit(1);
}
int main() {
     cout << "Enter some characters: ";
     int bad;
     cin >> bad;
     if (!cin) error("aborted due to input error");
     cout << "If you see this, not an error." << "\n";
     return 0;
}

类 ios 具有可用于错误处理的成员函数。详细信息请参见手册页。

13.3.10 结合使用 iostream 与 stdio

可以将 stdio 用于 C++ 程序，但在程序内的同一标准流中混合使用 iostream 与 stdio 时，可能会发生问题。例如，如果同时向 stdout 和 cout 写入，会发生独立缓冲，并产生不可预料的结果。如果从 stdin 与 cin 两者进行输入，问题会更加严重，因为独立缓冲可能会导致输入不可用。

要消除标准输入、标准输出和标准错误中的这种问题，就请在执行输入或输出前使用以下指令。它将所有预定义的 iostream 与相应的预定义 stdio 文件连接起来。

ios::sync_with_stdio();

因为在预定义流作为连接的一部分成为无缓冲流时，性能会显著下降，所以该类型的连接不是缺省连接。您可以在同一程序中使用应用于不同文件的 stdio 和 iostream，也就是说，您可以使用 stdio 例程写入到 stdout，同时还可以写入到连接到 iostream 的其他文件。可以打开 stdio 文件进行输入，也可以从 cin 读取，只要不同时尝试从 stdin 读取即可。