一、 C++ 輸入輸出的含義

在C語言中我們的輸入和輸出都是以printf和scanf進行操作的。他們都是函數(shù)。在C++中的我們的輸入輸出都是以終端為對象的，即從鍵盤輸入數(shù)據(jù)，運行結(jié)果輸出到顯示器屏幕上。從操作系統(tǒng)(Linux)的角度看，每一個與主機相連的輸入輸出設(shè)備都被看作一個文件。程序的輸入指的是從輸入文件將數(shù)據(jù)傳送給程序，程序的輸出指的是從程序?qū)?shù)據(jù)傳送給輸出文件。C++的輸入與輸出包括以下3方面的內(nèi)容：

1、對系統(tǒng)指定的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的輸入和輸出。簡稱標(biāo)準(zhǔn)I/O。(設(shè)備)

2、以外存磁盤(或光盤)文件為對象進行輸入和輸出。簡稱文件I/0。(文件)

3、對內(nèi)存中指定的空間進行輸入和輸出。簡稱串I/O。(內(nèi)存)

C++采取不同的方法來實現(xiàn)以上3種輸人輸出。 為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效流動，C++系統(tǒng)提供了龐大的I/O類庫，調(diào)用不同的類去實現(xiàn)不同的功能。

二、 C++的I/O對C的發(fā)展—類型安全和可擴展性

C語言中I/O存在問題：

1、在C語言中，用printf和scanf進行輸入輸出，往往不能保證所輸入輸出的數(shù)據(jù)是可靠的、安全的。學(xué)過C語言的讀者可以分析下面的用法：想用格式符%d輸出一個整數(shù)，但不小心錯用了它輸出單精度變量和字符串，會出現(xiàn)什么情況?假定所用的系統(tǒng)int型占兩個字節(jié)。

printf("%d"，i); //i為整型變量，正確，輸出i的值

printf("%d"，f); //f為單精度變量，輸出變量中前兩個字節(jié)的內(nèi)容

printf("%d","C++");//輸出字符串"C++”的起始地址

編譯系統(tǒng)認(rèn)為以上語句都是合法的，而不對數(shù)據(jù)類型的合法性進行檢查，顯然所得到的結(jié)果不是人們所期望的。

2、在用scanf輸入時，有時出現(xiàn)的問題是很隱蔽的。如

scanf("%d"，&i); //正確，輸入一個整數(shù)，賦給整型變量i

scanf("%d",i); //漏寫&

假如已有聲明語句"int i=1"，定義i為整型變量，其初值為1。編譯系統(tǒng)不認(rèn)為上面的scanf語句出錯，而是將輸入的值存放到地址為000001的內(nèi)存單元中，這個錯誤可能產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。

注意：C++為了與C兼容，保留了用printf和scanf進行輸出和輸入的方法，以便使過去所編寫的大量的C程序仍然可以在C++的環(huán)境下運行，但是希望讀者在編寫新的C++程序時不要用C的輸入輸出機制，而要用C++自己特有的輸入輸出方法。在C++的輸入輸出中，編譯系統(tǒng)對數(shù)據(jù)類型進行嚴(yán)格的檢查，凡是類型不正確的數(shù)據(jù)都不可能通過編譯。因此C++的I/0操作是類型安全(typesafe)的。

3、用printf和scanf可以輸出和輸入標(biāo)準(zhǔn)類型(如:int，float，double，char)的數(shù)據(jù)，但無法輸出用戶自己聲明的類型(如數(shù)組、結(jié)構(gòu)體、類)的數(shù)據(jù)。在C++中，會經(jīng)常遇到對類對象的輸入輸出，顯然無法使用printf和scanf來處理。C++的I/O操作是可擴展的，不僅可以用來輸入輸出標(biāo)準(zhǔn)類型的數(shù)據(jù)，也可以用于用戶自定義類型的數(shù)據(jù)。C++對標(biāo)準(zhǔn)類型的數(shù)據(jù)和對用戶聲明類型數(shù)據(jù)的輸入輸出，采用同樣的方法處理。顯然，在用戶聲明了一個新類后，是無法用printf和scanf函數(shù)直接輸出和輸入這個類的對象的。

解決辦法：

可擴展性是C++輸入輸出的重要特點之一，它能提高軟件的重用性，加快軟件的開發(fā)過程。

C++通過I/O類庫來實現(xiàn)豐富的I/0功能。這樣使C++的輸入輸出明顯地優(yōu)于C語言中的pfintf和scanf，但是也為之付出了代價，C++的I/O系統(tǒng)變得比較復(fù)雜，要掌握許多細(xì)節(jié)。在本章中只能介紹其基本的概念和基本的操作，有些具體的細(xì)節(jié)可在日后實際深入應(yīng)用時再進一步掌握。

三、 C++的輸入輸出流

輸入和輸出是數(shù)據(jù)傳送的過程，數(shù)據(jù)如流水一樣從一處流向另一處(單方向、一維)。C++形象地將此過程稱為流(stream)。C++的輸入輸出流是指由若干字節(jié)組成的字節(jié)序列，這些字節(jié)中的數(shù)據(jù)按順序從一個對象傳送到另一對象。流表示了信息從源到目的端的流動。在輸入操作時，字節(jié)流從輸入設(shè)備(如鍵盤、磁盤)流向內(nèi)存，在輸出操作時，字節(jié)流從內(nèi)存流向輸出設(shè)備(如屏幕、打印機、磁盤等)。流中的內(nèi)容可以是ASCII字符、二進制形式的數(shù)據(jù)、圖形圖像、數(shù)字音頻視頻或其他形式的信息。

實際上，在內(nèi)存中為每一個數(shù)據(jù)流開辟一個內(nèi)存緩沖區(qū)，用來存放流中的數(shù)據(jù)。當(dāng)用cout和插入運算符“<

在C++中，輸入輸出流被定義為類。C++的I/0庫中的類稱為流類(streamclass)。用流類定義的對象稱為流對象。

前面曾多次說明，cout和cin并不是C++語言中提供的語句，它們是iostream類的對象，在未學(xué)習(xí)類和對象時，在不致引起誤解的前提下，為敘述方便，把它們稱為cout語句和cin語句。正如C++并未提供賦值語句，只提供賦值表達式，在賦值表達式后面加分號就成了C++的語句，為方便起見，我們習(xí)慣稱之為賦值語句。又如，在C語言中常用printf和scanf進行輸出和輸入，printf和scanf是C語言庫函數(shù)中的輸入輸出函數(shù)，一般也習(xí)慣地將由printf和scanf函數(shù)構(gòu)成的語句稱為printf語句和scanf語句。在使用它們時，對其本來的概念要有準(zhǔn)確的理解。

1.iostream類庫中有關(guān)的類

C++編譯系統(tǒng)提供了用于輸人輸出的iostream類庫。iostream這個單詞是由3個部分組成的，即i-o-stream，意為輸入輸出流。在iostream類庫中包含許多用于輸入輸出的類。

ios是抽象基類，由它派生出istream類和ostream類，兩個類名中第1個字母i和。分 別代表輸入(mput)和輸出(output)。istream類支持輸入操作，ostream類支持輸出操作， iostream類支持輸入輸出操作。iostream類是從istream類和ostream類通過多重繼承而派生的類。

C++對文件的輸人輸出需要用ifstream和ofstream類，兩個類名中第1個字母i和o分別代表輸入和輸出，第2個字母f代表文件(file)。ifstream支持對文件的輸入操作，ofstream支持對文件的輸出操作。類ifstream繼承了類istream，類ofstream繼承了類ostream，類fstream繼承了類iostream。

由圖可以看到：由抽象基類ios直接派生出4個派生類，即istream，ostream，fstreambase和strstreambase。其中fstreambase是文件流類基類，由它再派生出ifstream，ofstream和fstream。strstreambase是字符串流類基類，由它再派生出lstrstream，ostrsCeam和swsWeam類。

I/0類庫中還有其他一些類，但是對于一般用戶來說，以上這些已能滿足需要了。如果想深入了解類庫的內(nèi)容和使用，可參閱所用的C++系統(tǒng)的類庫手冊。在本章將陸續(xù)介紹有關(guān)的類。

2、與iostream類庫有關(guān)的頭文件

iostream類庫中不同的類的聲明被放在不同的頭文件中，用戶在自己的程序中用 #include命令包含了有關(guān)的頭文件就相當(dāng)于在本程序中聲明了所需要用到的類?？梢該Q一種說法：頭文件是程序與類庫的接口，iostream類庫的接口分別由不同的頭文件來實現(xiàn)。常用的有

●iostream 包含了對(標(biāo)準(zhǔn))輸入輸出流進行操作所需的基本信息。

●fstream 用于用戶管理的文件的I/0操作。

●strstream 用于字符串流I/0。

●stdiostream 用于混合使用C和C++的I/0機制時，例如想將C程序轉(zhuǎn)變?yōu)镃++程序。

●iomamp 在使用格式化I/0時應(yīng)包含此頭文件。

3、在iostream頭文件中定義的流對象

在iostream頭文件中定義的類有:ios，istream，ostream，iostream，istream_withassign，ostream_withassign，iostream_withassign等。

iostream包含了對輸入輸出流進行操作所需的基本信息。因此大多數(shù)C++程序都包括iostream。在iostream頭文件中不僅定義了有關(guān)的類，還定義了4種流對象，

cin是istream的派生類istream_withassign的對象，它是從標(biāo)準(zhǔn)輸入設(shè)備(鍵盤)輸入到內(nèi)存的數(shù)據(jù)流，稱為cin流或標(biāo)準(zhǔn)輸入流。cout是ostream的派生類ostream_withassign的對象，它是從內(nèi)存輸入到標(biāo)準(zhǔn)輸出設(shè)備(顯示器)的數(shù)據(jù)流，稱為cout流或標(biāo)準(zhǔn)輸出流。cerr和clog作用相似，均為向輸出設(shè)備(顯示器)輸出出錯信息。因此用鍵盤輸入時用cin流，向顯示器輸出時用cout流。向顯示器輸出出錯信息時用cerr和clog流。

在iostream頭文件中定義以上4個流對象用以下的形式(以cout為例)：

ostream cout(stdout);

在定義cout為ostream流類對象時，把標(biāo)準(zhǔn)輸出設(shè)備stdout作為參數(shù)，這樣它就與標(biāo)準(zhǔn)輸出設(shè)備(顯示器)聯(lián)系起來，如果有

cout<<3;//就會在顯示器的屏幕上輸出3。

4.在iostream頭文件中重載運算符

“<

#include

在istream和ostream類(這兩個類都是在頭文件iostream中聲明的)中分別有一組成員函數(shù)對位移運算符“<

ostream operator<<(int); //用于向輸出流插入一個int數(shù)據(jù)

ostream operator<<(float);//用于向輸出流插入一個float數(shù)據(jù)

ostream operator<<(char); //用于向輸出流插入一個char數(shù)據(jù)

ostream operator<<(char *) //用于向輸出流插入一個字符串?dāng)?shù)據(jù)

等。如果在程序中有下面的表達式： cout<<"C++";

根據(jù)所介紹的知識，上面的表達式相當(dāng)于 cout.operator<<("C++")

”C++”的值是其首字節(jié)地址，是字符型指針(char *)類型，因此選擇調(diào)用上面最后一個運算符重載函數(shù)，通過重載函數(shù)的函數(shù)體，將字符串插入到cout流中，函數(shù)返回流對象cout。

在istream類中已將運算符“>>”重載為對以下標(biāo)準(zhǔn)類型的提取運算符：char，signed char，unsigned char，short，unsigned short，int，unsigned int，long，unsigned long，float， double，longdouble，char*，signedchar*，unsignedchar*等。

在ostream類中將“<<”重載為插入運算符，其適用類型除了以上的標(biāo)準(zhǔn)類型外，還增加了一個void。類型。

如果想將“<

怎樣理解運算符“<

而: <<a p="" 箭頭方向表示從a中拿出數(shù)據(jù)。

<a p="" 箭頭方向表示從a中拿出數(shù)據(jù)。

<a p="" 箭頭方向表示從a中拿出數(shù)據(jù)。