第14章输入输出和文件
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1、第14章 输入输出和文件 输入和输出是人和计算机交互的手段，也是计算机生命所在，试想，如果一台机器既不接受任何形式的指令，也不给出任何形式的结果，这台机器的存在就没有了意义。几乎每个程序都要用到输入和输出，本书给出的示例代码中，显示结果是依靠cout，输入信息是依靠cin，这两个都是C+标准库中ostream类和istream类中提供了对象，此外，C+标准库还提供了其他类和对象，不仅仅可实现向屏幕输出、从键盘读入，还可以写入文件、从文件读入，本章重点讨论输入输出和文件相关内容。14.1 输入输出概述 C+语言不具备内部输入输出能力，需要借助外部I/O包来完成，将输入输出具体要完成的操作留给编译
2、器来做，这样做的目的是为了最大限度地保证语言与平台的无关性。因为输入输出功能都是与操作系统相关的，如果C+为某种操作系统实现内部输入输出功能，那它也就被限制在这个操作系统上了，举例来说，如果C+为windows内部实现了输入输出命令，那么该命令就只能用在windows环境下，在其他系统，如linux下将完全不起作用，这大大限制了程序的可移植性。 首先，先让我们一起来了解几个概念。14.1.1 什么是文件使用电脑时，经常遇到“文件”这个词，一般意义的理解是“存放在存储介质上的一组信息”，但从程序设计的角度看，文件的概念要宽泛得多。文件的准确定义为“存放在外部介质上的以文件名为标识的数据的集合”，
3、此处的外部介质不仅仅包括磁盘，还包括设备，比如键盘、显示器以及打印机等。凡是起到输入输出作用，与CPU直接或间接打交道的一组信息集合都是文件。每个文件都以文件名为标识，I/O设备的文件名是系统定义的，如：COM1或AUX第一串行口，附加设备COM2第二串行口，此外，还可能有COM3、COM4等CON控制台（console），键盘（输入用）或显示器（输出用）LPT1或PRN第一并行口或打印机LPT2第二并行口，还可能有LPT3等NUL空设备14.1.2 流关于“流”，可以学院派地解释为“流是（表达）读写数据的一种可移植的方法，它为一般的I/O操作提供了灵活有效的手段。一个流是一个由指针操作的文件
4、或者是一个物理设备，而这个指针正是指向了这个流。”就C+程序而言， I/O操作可以简单地看作是从程序移进或移出字节，这种搬运的过程便称为流(stream)。程序只需要关心是否正确地输出了字节数据，以及是否正确地输入了要读取字节数据，特定I/O设备的细节对程序员是隐藏的。C+中，所有的信息都是以0、1编码，所以，输出的字节（也就是0、1序列）代表什么，输入的源头或输出的目的都不是流所关心的内容，流的实质在于是否正确完成了运输任务，形象的表述如所示，左侧是输入流而右侧是输出流。14.1.3 缓冲区 大家可能已对硬件缓冲区比较熟悉，为了匹配计算机快速设备和慢速设备间的通信步伐，计算机中大量使用了硬件
5、缓冲区，如CPU中的Cache，内存也可以看成是一种缓冲区，用以高速CPU处理和相对瓶颈的硬盘存储速度之间的矛盾。 流是传输信息的一种逻辑表示，是具有缓冲作用的接口，同样有缓冲区的需求，但这里的缓冲区是一种逻辑概念，和物理设备中的缓冲区有所不同。通常，流的缓冲区是用作中介的内存块，是从设备传递到程序或者由程度传递给设备的临时存储池（pool），下面从文件输入和文件输出的角度来具体看一下缓冲区的作用。14.1.4 重定向 标准的输出和输入设备通常指的是显示器和键盘，但一些操作系统支持重定向，这使得标准输入和输出能被替换，比如说，一个程序的信息原本是要输出到屏幕上的，可通过操作系统的支持，在不改变
6、程序的前提下，便可用让信息输出到其他位置，以DOS系统来举例：#include using namespace std;int main()coutHello,txt will be shown on screen;return 0;14.1.5 3种输入输出机制C+语言的输入输出机制包含3层，前两层是从传统的C语言继承而来，分别是底层I/O和高层I/O，第3层是C+中增添的流类库，这是本章讨论的重点。（1）底层I/O:底层I/O依赖于操作系统来实现，调用操作系统的功能对文件进行输入输出处理，具有较高的速度。底层I/O将外部设备和磁盘文件都等同于逻辑文件，采用相同的方法进行处理，一般过程为“打
7、开文件”、“读写文件”，“关闭文件”，这些是通过一组底层I/O函数来完成的，这些函数定义在头文件io.h中。（2）高层I/O:高层I/O是在底层I/O的基础上扩展起来的，仍旧将外部设备和磁盘文件统一处理，但处理的方式更为灵活，提供的一组处理函数定义在头文件stdio.h中，新的C+标准头文件为，提供的这些函数大体可分为两类：一般文件函数（外部设备和磁盘文件）和标准I/O函数。（3）流类库:除了从C语言中继承了上述两种I/O机制外，C+还特有一种输出机制：流类库（即iostream类库），这是C+所特有的，iostream类库为内置类型类型对象提供了输入输出支持，也支持文件的输入输出，另外，类的
8、设计者可以通过运算符重载机制对iostream库的扩展，来支持自定义类型的输入输出操作。14.2 高层I/O C+中的高层I/O是从C继承而来，使用头文件，本节先从其标准输入输出看起，再来学习高层I/O中文件的操作，原理上说，流类库已经能胜任几乎所有的输入输出处理，但高层I/O的介绍很有必要，这有助于读者阅读原有的代码。14.2.1 标准输出函数printf注意：这里使用的概念是函数，而不是对象，注意printf和cout的不同，这也许就是C和C+思维方式的不同。printf函数用于将字节流复制到标准输出设备（通常是屏幕），其使用方式十分灵活，有两个突出优点，一是其参数表的长度是可变的，二是其
9、转换说明和格式控制十分简单，printf的参数表分为两部分：控制字符串和参数表，基本格式为：int printf(const char*,para1,para2);进一步解释前，先来看示例代码14-1：#include /使用printf要包含的头文件int main()printf(%s is %d years old n, Deco, 24);return 0;14.2.2 标准输入函数scanfscanf用于从标准输入设备（通常是键盘）读取流数据到内存中，和printf的使用方法几乎一致，基本格式为：int scanf(const char*,¶1,¶2);如果控制符和输
10、入流完全匹配，则返回成功转换的匹配数；如果部分匹配（从前往后），则返回已经成功转换的匹配数；如果完全不匹配，则返回0；代码14-2，进行匹配输入示例。代码14-3示例了不完全匹配输入的情况。针对下述代码如果输入“3A”这样的字符则完全匹配，结果正常，但如果输入“A3”，则匹配失败。但输入的A仍然滞留在缓冲区中，结果是num没有赋值成功，A则赋值给了chrscanf(“%d”, &num);Scanf(“%c”, &chr);解决方法：使用清除标准输入缓冲区函数fflush(stdin) 。除了%c之外，%d, %s等都会自动跳过前导空格和换行符等。在%c前加一个空格，则可达到同样效果。%与转换
11、字符间加星号(*)表示读取指定类型的数据，但不存储。如scanf(“%d %*d %d”, &x, &y);输入10/20后x=10, y=20，“/”虽然被读取但不保存。14.2.3 扫描集 对scanf函数而言，扫描集(scanset)是个十分重要的概念。扫描集定义一个字符集合，可由scanf()读入其中允许的字符并赋给对应字符数组。扫描集合由一对方括号中的一串字符定义，左方括号前必须缀以百分号。 特定扫描集：如%ABC使scanf()读入字符A、B和C组成字符串 范围扫描集：如%0-9使scanf()读入当前输入流中的数字，碰到非数字结束。 反向扫描集：如%Q在碰到非Q时字符时会一直接收
