• C++中数据输入/输出操作是通过I/O流库实现

• 流：数据之间的传输操作

  • 输出流：数据从内存中传送到某个载体、设备中
  • 输入流：数据从某个载体、设备传送到内存缓冲区

• C++中流类型

  • 标准流I/O流：内存与标准输入、输出设备之间信息传递
  • 文件I/O流：内存与外部文件之间信息传递
  • 字符串I/O流：内存变量与表示字符串流的字符数组 之间信息传递

<ios>

class ios

ios：流基类

• 所有流的父类
• 保存流状态、处理错误

方法

• .fail()：判断流是否失效

  • 尝试超出文件的结尾读取数据时
  • 输入流中字符串无法被正确解析

• .eof()：判断流是否处于文件末尾

  • 基于C++流库语义，.eof方法只用在.fail调用之后， 用于判断错故障是否是由于到达文件结尾引起的

• .clear()：重置与流相关状态位

  • 故障发生后，任何时候重新使用新流都必须调用此函数

• if(stream)：判断流是否有效

  • 大部分情况下等同于if(!stream.fial())

• .open(filename)：尝试打开文件filename并附加到流中

  • 流方向由流类型决定：输入流对于输入打开、输出流对于 输出打开
  • 可以调用.fail判断方法是否失败

• .close()：关闭依附于流的文件

.[un]setf

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UKNOWN setf(setflag, unsetfield);
UKNOWN unsetf(unsetflag);

• 用途

  • .setf：设置某个流操纵符
  • .unsetf()：取消某个流操纵符

• 参数

  • setflag：需要设置的操纵符
  • unsetflag：取消设置的操纵符
  • unsetfield：需要清空的格式设置位组合

• 不能像<<、>>中省略操纵符ios::前缀

.rdbuf

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template <class Elem, class Traits>
class basic_ios: public ios_base{
	basic_streambuf <_Elem, _Traits> *_Mystrbuf,

	_Mysb * rdbuf() const{
		return (_Mystrbuf);
	}

	_Mysb * rdbuf(_Mysb * _Strbuf){
		_Mysb * _Oldstrbuf = _Mystrbuf;
		_Mystrbuf = _Strbuf;
		return (_Oldstrbuf);
	}
}

• 用途：获得输入、输出流对象中指向缓冲区类streambuf指针
  • >>、<<操作符对其有重载，可以方便读取、写入

class istream

istream：输入流基类

• 将流缓冲区中数据作格式化、非格式化之间的转换
• 输入

方法

• .unget()：复制流的内部指针，以便最后读取的字符能再次 被下个get函数读取

.get

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int_type get();
basic_istream& get(E& c);
basic_istream& get(E *s, streamsize n);
basic_istream& get(E *s, streamsize n, E delim);
basic_istream& get(basic_stream<E, T> &sb);
basci_istream& get(basci_stream<E, T> &sb, E delim);

• 用途：从输入流中获取字符、字符串

• 参数

  • delim：分隔符，缺省\n
  • n：

（友元）函数

getline

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template<class E, class T, class A>
basic_istream<E, T>& getline(
	basic_istream<E, T>& is,
	basic_string<E, T, A>& str,
);

template<class E, class T, class A>
basic_istream<E, T>& getline(
	basic_istream<E, T>& is,
	basic_string<E, T, A>& str,
	E delim,
);

• 用途：从流is读取以delim为界，到字符串中

  • 保留开头空白字符、丢弃行尾分割符
  • 读取字符直到分隔符，若首字符为分隔符则返回空字符串

• 参数

  • delim：分隔符，缺省为换行符\n

class ostream

ostream：输出流基类

• 将流缓冲区中数据作格式化、非格式化之间的转换，输出

方法

• .put(ch)：将字符ch写入输出流

class iostream

iosstream：多目的输入、输出流基类

Operator

Insertion Operator

<<：插入操作符，将数据插入流中

• 左操作数是输出流

• 右操作数是需要插入流中的数据

  • 基本类型：<<会将其自动转换为字符串形式

    • 整形：默认10进制格式
    • [unsigned ]char类型：总是插入单个字符

  • streambuf类型指针：插入缓冲区对象中所有字符

Extraction Operator

>>：提取操作符，从输入流中读取格式化数据

• 左操作数为输入流

• 右操作数存储从输入流中读取的数据

  • 缺省

    • skipws：忽略开头所有空白字符
    • 空白字符分隔：读取字符直到遇到空白字符

  • streambuf类型指针：把输入流对象中所有字符写入该 缓冲区

• 几乎不提供任何支持检测用户输入是否有效的功能

  • 数据格式由变量类型控制

缓冲

缓冲类型

• ISO C要求

  • 当且仅当不涉及交互设备时，标准输入、输出全缓存
  • 标准错误绝不是全缓存

• 无缓冲：不缓冲字符

  • 适用情况：标准错误

  • 标准库不缓冲不意味着系统、设备驱动不缓冲

• 行缓冲：在输入、输出遇到换行符时才会执行I/O操作

  • 适用情况：涉及交互设备，如标准输入、输出

• 全缓冲：I/O操作只会在缓冲区填满后才会进行

  • 适用情况：大部分情况，如驻留在磁盘的文件

  • flush描述I/O缓冲写操作

    • 标准I/O函数自动flush
    • 手动调用对流调用死fflush函数

• 缓冲区一般是在第一次对流进行I/O操作时，由标准I/O函数调用 malloc函数分配得到

文件自定义缓冲区

• 文件必须已打开、未做任何操作

setbuf

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void setbuf(FILE * restrict fp, char * restrict buf);

• 用途：打开或关闭缓冲区
  • 打开：buf必须为大小为BUFSIZ的缓存
    • BUFSIZ：定义在stdio.h中，至少256
  • 关闭：将buf设置为NULL

setvbuf

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int setvbuf(FILE * restrict fp, char * restrict buf,
	int mode, size_t size);

• 用途：设置缓冲区类型

流自定义缓冲区

setbuf

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virtual basic_streambuf * setbuf(E *s, streamsize n);

Manipulator

（流）操纵符：控制格式化输出的一种特定类型值

输出

• 短暂的：只影响下个插入流中的数据

• 持久的：直到被明确改变为止

• 双操纵符条目中，前者为默认

• setw、setprecision、setfill还需要包含<iomanip>

组合格式

• adjustfield：对齐格式位组合
• basefield：进制位组合
• floatfield：浮点表示方式位组合

位置

• endl：将行结束序列插入输出流，确保输出字符被写入目的流
• setw(n)：短暂的
• setfill(ch)：持久的，指定填充字符，缺省空格
• left：持久的，指定有效值靠左
• right：持久的，指定有效值靠右
• internal：持久的，指定填充字符位于符号、数值间

数值

• showbase：为整数添加表示其进制的前缀
• fixed：持久的，完整输出浮点数
• scientific：持久的，科学计数法输出浮点数

• setprecision(digits)：持久的，精度设置依赖于其他设置

  • fixed/scientific：指定小数点后数字位数
  • 其他：有效数字位数

• hex：持久的，16进制输出无符号整形

• oct：持久的，8进制输出无符号整形

• dec：持久的，10进制输出整形

• noshowpoint/showpoint：持久的，否/是强制要求包含 小数点

• noshowpos/showpos：持久的，要求正数前没有/有+
• nouppercase/uppercase：持久的，控制作为数据转换部分 产生任意字符小/大写，如：科学计数法中的e
• noboolalpha/boolalpha：持久的，控制布尔值以数字/ 字符形式输出

控制

• unitbuf：插入、提取操作之后清空缓冲
• stdio：每次输出后清空stdout、stderr

输入

• skipws/noskipws：持久的，读取之前是/否忽略空白字符
• ws：从输入流中读取空白字符，直到不属于空白字符为止

<iostream>

• ifstream_withassign：标准输入流类

  • cin：标准文件stdin

• ofstream_withassign：标准输出、错误、log流

  • cout：标准文件stdout
  • cerr：标准文件stderr
  • clog：标准文件stderr

<fstream>

• ifstream：文件输入流类

  • 默认操作：ios::in

• ofstream：文件输出流类

  • 默认操作：ios::out|ios::trunc

• fstream：文件流输入、输出类

例

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#include <fstream>

int main(){
	ifstream infile;
	ofstream outfile;
		// 声明指向某个文件的流变量

	infile.open(filename)
		// 打开文件：在所声明变量和实际文件间建立关联

	infile.close()
		// 关闭文件：切断流与所关联对象之间联系
}

流操作复制文件

• 逐字符复制

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  #include<fstream> std::ifstream input("in", ios::binary); std::ofstream output("out", ios::binary); char ch; while(input.get(ch)){ output << ch; }

  • 使用input >> ch默认会跳过空白符，需要使用 input.unsetf(ios::skipws)取消

• 逐行复制

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  #include<string> std::string line; while(getline(input, line)){ output << line << "\n"; }

  • 若文件最后没有换行符，则复制文件会末尾多\n

• 迭代器复制

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  #include<iterator> #include<algorithm> input.unsetf(ios::skipws); copy(istream_iterator(input), istream_iterator(), ostream_iterator(output, "") );

• 缓冲区复制

  1	output << input.rdbuf();

  • 丢失\n

标准输出文件内容

• <<操作符

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  #include<iostream> #include<fstream> ifstream input("in"); cout << input.rdbuf();

• .get方法

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  while(input.get(*cout.rdbuf()).eof()){ // 读取一行 if(input.fail()){ // `get`遇到空行无法提取字符，会设置失败标志 input.clear(); // 清除错误标志 } cout << char(input.get()); // 提取换行符，转换为`char`类型输出 }

• .get方法2

  1	input.get(*cout.rdbuf(), EOF);

<sstream>

• 基于C类型字符串char *编写

  • istrstream：串输入流类
  • ostrstream：串输出流类
  • strstream：串输入、输出流类

• 基于std::string编写：推荐

  • istringstream：串输入流类
  • ostringstream：串输出流类
  • stringstream：串输入、输出流类

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#include <sstream>

int string_to_integer(string str){
	instringstream istream(str)
		// 类似`ifstream`，使用流操作符从字符串中读取数据
	int value;

	istream >> value >> ws;
		// `>>`忽略流开头空白字符，`ws`读取尾部空白
	if(stream.fail() || !stream.eof()){
		// 如果字符串不能作为整数解析，`.fail`返回`true`
		// `.eof`返回`false`，说明字符串包含其他字符
		error("string to integer: illegal integer format");
	}
	return value;
}

string integer_to_string(int n){
	ostringstream ostream;
	ostream << n;
	return stream.str();
		//
}

选择函数

简单多态函数

• max(x,y)
• min(x,y)
• swap(x,y)
• iter_swap(x,y)

迭代范围内操作

• binary_search(begin, end, value)：若迭代返回内包含指定 value，返回true
• copy(begin, start, out)：将指定迭代范围内值拷贝给out 开始的迭代器
• count(begin, end, value)：返回迭代范围内与指定value 值相等的数目
• fill(begin, end, value)：将指定迭代范围内元素值置为 value
• find(begin, end, value)：返回指定范围内首个与value值 相同的元素的迭代器，不存在则结束
• merge(begin_1, end_2, begin_2, end_2, out)：将两个有序 子序列合并为一个以out开始的完整有序序列
• inplace_merge(begin, middle, end)：合并同一个集合内的 两个子序列
• min_element(begin, end)：返回指向迭代范围中最小元素的 迭代器
• max_element(begin, end)：返回指向迭代范围中最大元素的 迭代器
• random_shuffle(begin, end)：随机重排迭代范围中的元素
• replace(begin, end, old, new)：将迭代范围中的所有old 替换为new
• reverse(begin, end)：逆序指定迭代范围中元素
• sort(begin, end)：将迭代范围中元素升序排列

包含函数参数

• 函数参数可以是函数对象、函数指针

• for_each(begin, end, fn)：对迭代范围中每个元素调用fn
• count_if (begin, end, pred)：计算迭代范围内pred返回 true数目
• replace_if(begin, end, pred)：将迭代范围内pred返回 true所有值替换为new
• partition(begin, end, pred)：将所有pred返回true 元素放在开头，返回指向边界的迭代器

Vector

Vector类提供了类似数组功能的机制，并对C++中数组做出了改进

• 数组参见cppc/mem_ctl

API

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Vector<int> vec;
	// 创建Vector对象
Vector<int> vec(VEC_LEN);
	// 创建确定长度Vector对象长度，并将值初始化为0

vec.add(10);
	// 在Vector对象里面添加新元素
vec.insert(2, 30);
	// 向Vector对象中index=2插入元素
vec.remove(0)
	// 删除Vector对象中index=0处元素
vec.set(3, 70)
vec[3] = 70
	// 改变Vector对象中index=3处元素
	// `[]`方法简短、和数组操作更相似，Vector被设计模仿

构造函数

• Vector<type>()
• Vector<type>(n, value)：创建含有n个对象Vector元素， 每个元素都被初始化为value，缺省为相应类型默认值

方法

• .size()
• .isEmpty()
• .get(index)
• .set(index, valu)
• .add(value)
• .insertAt(index, value)
• .removeAt(index)
• .clear()

操作符

• [index]
• v1 + v2：连接两个Vector，返回包含所有元素的Vector
• v1 += e1：向Vector尾部添加元素

注意

参数传递Vector对象

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void print_vector(Vector<int> & vec){
	cout << "[";
	for (int i=0; i<vec.size(); i++){
		if (i>0)
			count << ",";
		count << vec[i];
	}
	count << "]" << endl;
}

二维结构

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Vector< Vector<int> > sodok(9, Vector<int>(9))
	// 内部`Vector<int>`两侧需要空格，否则`>>`被错误解析

Stack

API

构造函数

• Stack<type>()

方法

• .size()
• .isEmpty()
• .push(value)
• .pop()
• .peek()：返回栈顶元素但不出栈
• .clear()

Queue

API

构造函数

• Queue<type>()

方法

• .size()
• .isEmpty()
• .enqueue(value)：将值添加到队尾
• .dequeue()：删除队首元素，并返回给调用者
• .peek()：返回队首元素但不将其熟队列中删除
• .clear()

Map

API

构造函数

• Map<key_type, value_type>()

方法

• .size()
• .isEmpty()
• .put(key, value)
• .get(key)：返回Map对象中当前与键key相关联的值
  • 若该键没有定义，get创建新的键值对，设置值为默认值
• .remove(key)
• .containsKey(key)
• .clear()

操作符

• map[key]：同get方法

Set

API

构造函数

• Set<type>()

方法

• .size()
• .isEmpty()
• .add(value)
• .remove(value)
• .contains(value)
• .clear()
• .isSubsetof(set)
• .first()

操作符

• s1 + s2：返回两集合并运算结果
• s1 * s2：交
• s1 - s2：差
• s1 += s2
• s1 -= s2
• s1 *= s2

<functional>

基类

• binary_function<arg_type1, arg_type2, result_type>： 两个指定类型参数、返回指定类型的函数类的父类
• unary_function<arg_type, result_type>：指定类型参数、 返回指定类型的函数类的父类

实现算数操作符类

• plus<arg_type>：+
• minus<arg_type>：-
• multiples<arg_type>：*
• divides<arg_type>：/
• modulus<arg_type>：%
• negate<arg_type>：-取反

实现比较操作

• equal_to<arg_type>：==
• not_equal_to<arg_type>：!=
• less<arg_type>：<
• less_equal<arg_type>：<=
• greater<arg_type>：>
• greater_equal<arg_type>：>=

实现逻辑关系

• logical_and<arg_type>：&&
• logical_or<arg_type>：||
• logical_not<arg_type>：!

产生函数对象

• bind1st(fn, value)：返回新一元函数对象，用与其绑定的 value作为首个参数调用二元函数对象fn
• bind2nd(fn, value)：返回新一元函数对象，用与其绑定的 value作为第二个参数调用二元函数对象fn
• not1(fn)：返回新函数对象，且该函数对象为一元函数对象 时返回true
• not2(fn)：返回新函数对象，且该函数对象为二元函数对象 时返回true
• ptr_fun(fnptr)：返回需要调用特定函数指针的新函数对象， 可能需要一个或两个同类型参数
  • 返回具有相同效果的函数对象，可以使得函数指针、 函数对象概念一体化，避免代码重复

例

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count_if(v.begin(), v.end(), bind2nd(less<int>(), 0));
	// 返回元素类型为整形的矢量对象`v`中负数数量
template<typename FunctionClass>
void func_func(FunctionClass fn);
void func_func(double (*fn)(double)){
	// 函数重载+`ptr_fun`减少代码重复
	func_func(ptr_func(fn));
}

字符串：理论上是指特定字符序列

• 声明string类型变量时，一般赋予字符串字面值作为初始值
• 字符串长短、索引类型默认是size_t类型，在<string>类库 中已经定义

<string>

操作

• +
• +=
• ==
• !=
• <
• <=
• >
• >=

读字符串内容

• .length()
• .at(k)：返回值可以用于赋值
• .substr(pos, n)
• .compare(str)
• .find(pattern, pos)

修改接收方字符串内容

• .erase(pos, n)
• .insert(pos, str)
• .replace(pos, n, str)

C风格

• string(carray)
• string(n, ch)
• .c_str()