《C++ Primer》 第八章笔记。

Chapter 8 The IO Library

IO库定义了一系列读取和写入内建类型的操作。

The IO Classes

为了处理不同的IO操作，IO库定义了一系列的IO类型，他们集中在三个头文件中：iostream中定义列读取和写入流（Steam）的基本类型，fstream定义了读取和写入文件的类型，sstream定义列读取和写入字符串的类型。如下所示：

从表中可以看出，每个类型都有一个w版本，这个版本是针对宽字符处理的。如cin,cout,cerr都有对应的wcin,wcout,wcerr。

Relationships among the IO Types

IO库用继承来实现对于不同类型的操作，如ifstream和istringstream都是继承自istream，因此所有对于istream的操作都可以使用在ifstream和istringstream上。

No Copy or Assign for IO Objects

IO类型不支持赋值和拷贝操作，如

ofstream out1, out2;
// out1 = out2; //error, cannot assign stream objects

因此无法将IO类型作为函数的形参和返回值，通常是使用IO类型的引用来表示。读写IO类型都会改变其状态，所以通常也不会将传递的IO类型变为const reference。

Condition States

一旦一个问题发生，之后对于IO类型的操作就会失败，只有当IO类型处于无错误状态下才能进行流的读取和写入。因此，通常在代码中需要首先判断IO类型的状态，最简单的方法就是直接将io作为判断条件，如

while (cin >> word)
{
    ///
}

Interrogating the State of a Stream

将IO作为判断条件，只能得到IO是否是正确的，但无法确定其究竟是因为什么原因导致失败。

IO类型定义了一系列机器相关的iostate类型来表示IO流的状态，每个IO类型都有自己的iostate类型，如istream::iostate，fstream::iostate。这个类型本质上是一系列的bits，所以可以通过位运算来进行操作。iostate类型和内置的函数操作如下所示：

通常来说，使用good()和fail()两个函数来判断流的状态。当将流作为判断条件时，实际上等同于调用了!fail()。要注意调用fail()并没有检查eofbit位，所以直接将流作为判断条件时，读取到文件末尾并不会停止，还会继续读取一次。

如下使用ifstream测试所示，文件内已有内容为123\n456：

ifstream in("./Test.txt");
while (in.good())
{
    in >> content;
    cout << "Read Content with good is " << content << endl;
}

in.close();
in.open("./Test.txt");
cout << endl;

while (in)
{
    in >> content;
    cout << "Read Content with condition is " << content << endl;
}

/*
Read Content with good is 123
Read Content with good is 456

Read Content with condition is 123
Read Content with condition is 456
Read Content with condition is 456
*/

Managing the Condition State

如之前所述，可以对iostate类型进行位操作，如需要将failbit和badbit还原，但保留eofbit，可以使用以下语句：

cin.clear(cin.rdstate() & ~cin.failbit & ~cin.badbit);

Managing the Output Buffer

对于操作系统而言，将数据写入设备，可能是一个耗时的操作，所以通常操作系统会将数据先缓存起来，之后将多个数据合并再一起写入设备。

但这种缓存机制可能会导致Debug时的困扰，如程序意外终止时，缓存的数据并没有被输出，于是明明某个Debug语句已经运行，但因为数据没有刷新，导致被误以为并没有运行。

以下几种情况会让存储的数据被刷新，输出给设备：

1. 当整个程序正常结束时。在main return的过程中，所有的输出缓存被刷新。
2. 当缓存满时，会进行刷新。
3. 当使用刷新操作符时，如endl，flush,ends。
4. 可以使用操作符unitbuf设置IO对象，让输出IO对象的每一次操作都刷新缓存。默认情况下，cerr是已经被设置了unitbuf的。
5. 如果输出IO对象被绑定至另一个IO对象，那么另一个IO对象无论进行了读还是写操作，都会刷新输出IO对象。默认情况下，cin和cerr都绑定了cout，所以无论是读和写这两个对象，都会刷新cout的缓存。

Flushing the Output Buffer

操作符endl会刷新缓存，并在增加一个换行符。 操作符ends会刷新缓存，并在增加一个空白字符。 操作符flush单纯刷新缓存。

cout << "hi!" << endl;
cout << "hi!" << flush;
cout << "hi!" << ends;

The unitbuf Manipulator

unitbuf可以理解为一个开关，当设上时，每一次的输出操作都会立刻的刷新缓存。

cout << unitbuf;

可以通过nounitbuf关闭

cout << nounitbuf;

Tying Input and Output Streams Together

当一个输入IO对象绑定输出IO对象时，任何对于输入IO对象的读取，都会刷新输出IO对象的缓存。

默认情况下，cin绑定给了cout，所以执行任何的cin >> xxx操作都会先刷新cout对象

关于绑定有两个操作函数，tie()和tie(& o)，前者返回当前绑定的IO输出对象的指针，后者也返回当前绑定的IO输出对象的指针，然后将o作为新的绑定IO输出对象。如下所示：

cin.tie(&cout); //System already do

ostream *old_tie = cin.tie(nullptr);
//old_tie is pointer to cout
//Now cin is tied to nothing

cin.tie(&cerr);
cin.tie(old_tie);
//cin is tied to cout

注意，每个IO对象只能绑定给一个输出对象，所以上示代码中，cin最终绑定给了old_tie。但是一个输出对象可以同时被多个IO对象绑定，如cout同时被cin和cerr绑定。

File Input and Output

对于文件的流操作包含有三个类型： 1. ifstream：读取给定文件 2. ofstream：写入给定文件 3. fstream：读取或写入给定文件

如之前所述，对于iostream的所有操作都可以用于fstream，而fstream还有一些特定的操作，如下所示：

Using File Stream Objects

无论是要写入还是读取一个文件，都需要定义一个文件流，然后使用该文件流打开文件。

当使用带有文件地址的文件流构造函数时，文件会被自动打开。如ifstream in(file)。

file为C风格的字符串，在C++11下，file还可以是string。

Using an fstream in Place of an iostream&

fstream作为iostream的派生类，如果一个函数的形参为iostream&，则也可以传递fstream。

注意，因为IO操作不支持拷贝和赋值，所以函数的形参必然为引用。

The open and close Members

open操作并不一定成功，当失败时其中的failbit位会被置上，所以通常来说，最好使用代码检查文件流的状态，如

ofstream out;
out.open(file);
if (out)
    ...

当文件流已经打开了一个文件，则该文件流无法直接打开其他的文件，必须先关闭前一个文件才行，如

ofstream out;
out.open(file);
out.close();
out.open(file2);

一个文件，也无法被多个文件流打开，当需要另一个文件流操作时，需要先让使用该文件的文件流关闭文件，如：

out1.open("./Test.txt");
out1.close();
in.open("./Test.txt");

Automatic Construction and Destruction

当一个文件流对象离开了作用域时，它会被销毁，在销毁时会自动的给关闭当前绑定的文件。

File Modes

文件流的打开模式有以下几种：

ifstream默认以in模式打开。ofstream默认以out模式打开，且trunc位被置上，即输出时默认将文件内已有的内容删除的。fstream默认同时以in和out模式打开文件

主动设定模式，要以下限制：

1. out只能在ofsteram和fstream类型时被置上
2. in只能在ifsteram和fstream类型时被置上
3. trunc只有在out模式下才能置上
4. app只能在trunc没有被置上时才能置上
5. ate和binary可以在任何文件流类型置上，且可以与其他的类型任意搭配。

Opening a File in out Mode Discards Existing Data

ofstream模式默认是以out模式打开，且置上trunc位，所以如下的几种定义方式没有区别：

ofstream out("file1");
ofstream out2("file1", ofstream::out); // outand truncare implicit
ofstream out3("file1", ofstream::out | ofstream::trunc);

如果要保护文件的内容不被删除，有两种方法，一是置上app位，二是同时置上in和out位。如下：

// to preserve the file’s contents, we must explicitly specify appmode 
ofstream app("file2", ofstream::app); // out is implicit
ofstream app2("file2", ofstream::out | ofstream::app);

注意in模式只能赋给ifstream和fstream，所以上示代码中是通过置上app位。

File Mode is Determined Each Time open Is Called

文件流的mode可以看作是与文件结合的，文件流的mode会在每次打开文件时重新指定。如果没有在重新打开文件时，没有显示的设置mode，则该文件会重新以默认的mode打开（不会保留打开前一个文件时指定的mode）。

如下测试，文件已有内容为123\456：

ofstream out1("./Test.txt", ostream::app);
out1 << "\n789";
out1.close();
in.open("./Test.txt");
while (in.good())
{
    in >> content;
    cout << "Read Content with good is " << content << endl;
}

in.close();
cout << endl;

out1.open("./Test.txt");
out1 << "\n666";
out1.close();
in.open("./Test.txt");
while (in.good())
{
    in >> content;
    cout << "Read Content with good is " << content << endl;
}

/*
Read Content with good is 123
Read Content with good is 456
Read Content with good is 789

Read Content with good is 666
*/

可以看到out1，在创建时设置上了app位，所以没有擦除文件已有内容。但当其重新打开文件时，app位被清空，仍然是trunc被置上，文件已有内容被删除。

string Streams

String流是把String看作一个IO流进行操作，定义在sstream头文件中，其中包括istringstream读取string，ostringstream写入string，stringstream可同时读取和写string。string流有以下特有的操作：

Using an istringstream

因为sstringstream继承自iostream可以使用操作符，所以istringstream可以使用>>操作符，且如同cin中的>>一样，一次读取是以空白字符为结束的。如以下代码就是通过stringstream来从输入中读取数据：

//morgan 2015 86255
while (getline(cin, line))
{
    PersonInfo info;
    istringstream record(line); //Bind line to record
    record >> info.name;        //Read one word,in this case, it's name
    // Read one word,in this case, it's phone,
    //If condition is false, means that there is no content
    while (record >> word)
    {
        info.phones.push_back(word);
    }
    people.push_back(info);
}

Using ostringstreams

同样的，ostringstream可以使用<<操作符，对ostringstream使用<<操作符类似于对string使用+=。如：

ostringstream ssf;
ssf << "123"
    << " 456";
cout << ssf.str() << endl;

/*
123 456
*/