C++ Primer 第八章 標準IO庫__C++

轉載自：http://www.cnblogs.com/kingcat/archive/2012/05/09/2491847.html

學習本章內容之前有必要對緩衝區的概念做一個基本瞭解，我引用了網上一片文章《C++編程對緩衝區的理解》，內容如下：   

    什麼是緩衝區

　   緩衝區又稱為緩衝，它是記憶體空間的一部分。也就是說，在記憶體空間中預留了一定的儲存空間，這些儲存空間用來緩衝輸入或輸出的資料，這部分預留的空間就叫做緩衝區。　　

      緩衝區根據其對應的是輸入裝置還是輸出裝置，分為輸入緩衝區和輸出緩衝區。

 

為什麼要引入緩衝區

　　比如我們從磁碟裡取資訊，我們先把讀出的資料放在緩衝區，電腦再直接從緩衝區中取資料，等緩衝區的資料取完後再去磁碟中讀取，這樣就可以減少磁碟的讀寫次數，再加上電腦對緩衝區的操作大大快於對磁碟的操作，故應用緩衝區可大大提高電腦的運行速度。

　　又比如，我們使用印表機列印文檔，由於印表機的列印速度相對較慢，我們先把文檔輸出到印表機相應的緩衝區，印表機再自行逐步列印，這時我們的CPU可以處理別的事情。

　　現在您基本明白了吧，緩衝區就是一塊記憶體區，它用在輸入輸出裝置和CPU之間，用來快取資料。它使得低速的輸入輸出裝置和高速的CPU能夠協調工作，避免低速的輸入輸出裝置佔用CPU，解放出CPU，使其能夠高效率工作。

 

緩衝區的類型

　　緩衝區 分為三種類型：全緩衝、行緩衝和不帶緩衝。

　　1、全緩衝

     　　在這種情況下，當填滿標準I/O緩衝後才進行實際I/O操作。全緩衝的典型代表是對磁碟檔案的讀寫。

　　2、行緩衝

     　　在這種情況下，當在輸入和輸出中遇到分行符號時，執行真正的I/O操作。這時，我們輸入的字元先存放在緩衝區，等按下斷行符號鍵換行時才進行實際的I/O操作。典型代表是鍵盤輸入資料。

　　3、不帶緩衝

     　　也就是不進行緩衝，標準出錯情況stderr是典型代表，這使得出錯資訊可以直接儘快地顯示出來。

 

緩衝區的重新整理

　　下列情況會引發緩衝區的重新整理:

　　1、緩衝區滿時；

　　2、執行flush語句；

　　3、執行endl語句；

　　4、關閉檔案。

 

　　可見，緩衝區滿或關閉檔案時都會重新整理緩衝區，進行真正的I/O操作。另外，在C++中，我們可以使用flush函數來重新整理緩衝區（執行I/O操作並清空緩衝區），如：

　　cout<<flush ; // 將顯存的內容立即輸出到顯示器上進行顯示

　　

　　cout<<endl ; // endl控制符的作用是將游標移動到輸出裝置中下一行開頭處，並且清空緩衝區

　　相當於

　　cout<<”\n” <<flush ;

 

　　通過執行個體示範說明

　　1、檔案操作示範全緩衝

　　建立一個控制台工程，輸入如下代碼： #include　<fstream>　
using　namespace　std;　

int　main()　
{　
    //建立檔案test.txt並開啟　
　  ofstream　outfile("test.txt");　

    //向test.txt檔案中寫入4096個字元’a’　
　  for(int　n=0; n < 4096; n++)　
    {　
        outfile << 'a';　
    }

    //暫停，按任意鍵繼續　
　  system("PAUSE");　

    //繼續向test.txt檔案中寫入字元’b’，也就是說，第4097個字元是’b’　
　  outfile << 'b';　

    //暫停，按任意鍵繼續　
　  system("PAUSE");　

  return　0;　
}

 

　　上面這段代碼很容易理解，已經在代碼內部作了注釋。

　　編寫這段小代碼的目的是驗證WindowsXP下全緩衝的大小是4096個位元組(轉載者註：在windows7下，codeblocks平台下實驗為510個位元組)，並驗證緩衝區滿後會重新整理緩衝區，執行真正的I/O操作。

    

     編譯並執行，運行結果如下：

     

此時開啟工程所在檔案夾下的test.txt檔案，您會發現該檔案是空的，這說明4096個字元“a”還在緩衝區，並沒有真正執行I/O操作。敲一下斷行符號鍵，視窗變為如下：

     

　　此時再開啟test.txt檔案，您就會發下該檔案中已經有了4096個字元“a”。這說明全緩衝區的大小是4K（4096），緩衝區滿後執行了I/O操作，而字元“b”還在緩衝區。

　　再次敲一下斷行符號鍵，視窗變為如下：

     

　　此時再開啟test.txt檔案，您就會發現字元“b”也在其中了。這一步驗證了檔案關閉時重新整理了緩衝區。

　　2、鍵盤操作示範行緩衝

　　先介紹getchar()函數。

　　函數原型：int getchar(void) ;

　　說明：當程式調用getchar()函數時，程式就等著使用者按鍵，使用者輸入的字元被存放在鍵盤緩衝區中，直到使用者按斷行符號為止（斷行符號字元也放在緩衝區中）。當使用者鍵入斷行符號之後，getchar()函數才開始從鍵盤緩衝區中每次讀入一個字元。也就是說，後續的getchar()函數調用不會等待使用者按鍵，而直接讀取緩衝區中的字元，直到緩衝區中的字元讀完後，才重新等待使用者按鍵。

 

　　不知道您明白了沒有，再通俗一點講，當程式調用getchar()函數時，程式就等著使用者按鍵，並等使用者按下斷行符號鍵返回。期間按下的字元存放在緩衝區，第一個字元作為函數傳回值。繼續調用getchar()函數，將不再等使用者按鍵，而是返回您剛才輸入的第2個字元；繼續調用，返回第3個字元，直到緩衝區中的字元讀完後，才等待使用者按鍵。

　　如果您還沒有明白，只能怨我表達能力有限，您可以結合以下執行個體體會。

　　建立一個控制台工程，輸入如下代碼： #include<iostream>　
using　namespace　std;　



int　main()　
{　　

  char　c;　　
    

    //第一次調用getchar()函數,程式執行時，您可以輸入一串字元並按下斷行符號鍵，按下斷行符號鍵後該函數返回。傳回值是使用者輸入的第一個字元　(假設使用者輸入了 abcdef，函數返回a)
　  c = getchar();　

    //顯示getchar()函數的傳回值
　  cout<< c << endl;　// 輸出 a　 


    // 迴圈多次調用getchar()函數，將每次調用getchar()函數的傳回值顯示出來,直到遇到斷行符號符才結束。 這時函數執行不會讓使用者輸入而是順序讀取緩衝區字元內容。第一個字元使用者輸入結束後已經讀取，所以會從第二個字元開始讀
  　while((c = getchar())!='\n')　
   {　
    　  cout<< "," << c <<endl　
   }　

   return　0;
}

      這段小代碼也很簡單，同樣在代碼內部都有注釋。最後輸出結果是

      a

      ,b

      ,c

      ,d

      ,e

      ,f 

　　

　　getchar()函數的執行就是採用了行緩衝。第一次調用getchar()函數，會讓程式使用者（使用者）輸入一行字元並直至按下斷行符號鍵 函數才返回。此時使用者輸入的字元和斷行符號符都存放在行緩衝區。

　　再次調用getchar()函數，會逐步輸出行緩衝區的內容。

 

　　3、標準錯誤輸出不帶緩衝

　　如錯誤輸出時使用：

　　cerr<<”錯誤，請檢查輸入的參數!” ;

　　這條語句等效於：

　　fprintf(stderr, ”錯誤，請檢查輸入的參數!”) ;

 

     看完了緩衝區內容我們來學習C++標準IO庫。

 

8.1 物件導向的標註庫

    先來看IO操作類圖：

    

      

     IO庫大致可操作三類資料： 控制台流(stream) ， 檔案(file) ， 字串 (string)。

     操作類型又可分三類：輸入（in）， 輸出(out) ，輸入與輸出(in/out)。

 

     ostream 是所有類型輸出操作的基類

         它擴充出兩個子類： ofstream針對檔案的輸出操作類；ostringstream針對string的輸出操作類

 

     istream 是所有類型輸入操作的基類

         它擴充出兩個子類： ifstream針對檔案的輸入操作類；istringstream針對string的輸入操作類

 

     ostream 和 istream共同擴充出類 iostream 它負責處理控制台stream的輸入和輸出

         iostream 擴充出兩個子類：stringstream專門處理string的輸入輸出； fstream專門處理檔案的輸入輸出

 

     所有類定義在不同標頭檔，正確使用類必須引入對應的標頭檔

         iosteam標頭檔中定義了：
              istream（從流中讀取）；
              ostream（寫到流中）；
              iostream（對流進行讀寫，從istream和osteam派生而來）

         fsteam標頭檔中定義了：
              ifstream（從檔案中讀取，由istream派生而來）；
              ofstream（寫到檔案中去，由ostream派生而來）；
              fstream（對檔案進行讀寫，由iostream派生而來）；

         ssteam標頭檔中定義了： 
              istringstream（從string對象中讀取，由istream派生而來）；
              ostringstream（寫到string對象中去，由ostream派生而來）；
              stringstream（對string對象進行讀寫，由iostream派生而來）；

    

     要想正確使用IO類一定要理解他們的對應關係和每個類的職責。