C++的输入和输出与标准输出流

* 掌握：输入输出的含意；文件流以及输入/输出的格式控制；标准输出在C++程序中的应用。

* 理解：C++类库中的常用流类。

* 了解：C++的I/O对C的发展。

重点、难点

◆输入输出的含意；文件流以及输入/输出的格式控制；标准输出在C++程序中的应用。

一、C++ 输入输出的含义

以前所用到的输入和输出，都是以终端为对象的，即从键盘输入数据，运行结果输出到显示器屏幕上。从操作系统的角度看，每一个与主机相连的输入输出设备都被看作一个文件。程序的输入指的是从输入文件将数据传送给程序，程序的输出指的是从程序将数据传送给输出文件。C++的输入与输出包括以下3方面的内容：

1、对系统指定的标准设备的输入和输出。简称标准I/O。（设备）

2、以外存磁盘(或光盘)文件为对象进行输入和输出。简称文件I/0。（文件）

3、对内存中指定的空间进行输入和输出。简称串I/O。（内存）

C++采取不同的方法来实现以上3种输人输出。为了实现数据的有效流动，C++系统提供了庞大的I/O类库，调用不同的类去实现不同的功能。

二、C++的I/O对C的发展—类型安全和可扩展性

C语言中I/O存在问题：

1、在C语言中，用prinff和scanf进行输入输出，往往不能保证所输入输出的数据是可靠的、安全的。学过C语言的读者可以分析下面的用法：想用格式符％d输出一个整数，但不小心错用了它输出单精度变量和字符串，会出现什么情况?假定所用的系统int型占两个字节。printf("%d"，i)；//i为整型变量，正确，输出i的值

printf("%d"，f)；//f为单精度变量，输出变量中前两个字节的内容

printf("%d","C++")；//输出字符串"C++”的起始地址

编译系统认为以上语句都是合法的，而不对数据类型的合法性进行检查，显然所得到的结果不是人们所期望的。

2、在用scanf输入时，有时出现的问题是很隐蔽的。如

scanf("%d"，&i)；//正确，输入一个整数，赋给整型变量i

scanf("%d",i)；//漏写&

假如已有声明语句"int i=1"，定义i为整型变量，其初值为1。编译系统不认为上面的scanf语句出错，而是将输入的值存放到地址为000001的内存单元中，这个错误可能产生严重的后果。

注意：C++为了与C兼容，保留了用printf和scanf进行输出和输入的方法，以便使过去所编写的大量的C程序仍然可以在C++的环境下运行，但是希望读者在编写新的C++程序时不要用C的输入输出机制，而要用C++自己特有的输入输出方法。在C++的输入输出中，编译系统对数据类型进行严格的检查，凡是类型不正确的数据都不可能通过编译。因此C++的I/0操作是类型安全(typesafe)的。

3、用printf和scanf可以输出和输入标准类型(如:int，float，double，char)的数据，但无法输出用户自己声明的类型(如数组、结构体、类)的数据。在C++中，会经常遇到对类对象的输入输出，显然无法使用printf和scanf来处理。C++的I／O操作是可扩展的，不仅可以用来输入输出标准类型的数据，也可以用于用户自定义类型的数据。C++对标准类型的数据和对用户声明类型数据的输入输出，采用同样的方法处理。显然，在用户声明了一个新类后，是无法用printf和scanf函数直接输出和输入这个类的对象的。

解决办法：

可扩展性是C++输入输出的重要特点之一，它能提高软件的重用性，加快软件的开发过程。

C++通过I/O类库来实现丰富的I/0功能。这样使C++的输入输出明显地优于C语言中的pfintf和scanf，但是也为之付出了代价，C++的I/O系统变得比较复杂，要掌握许多细节。在本章中只能介绍其基本的概念和基本的操作，有些具体的细节可在日后实际深入应用时再进一步掌握。

三、C++的输入输出流

输入和输出是数据传送的过程，数据如流水一样从一处流向另一处。C++形象地将此过程称为流(stream)。C++的输入输出流是指由若干字节组成的字节序列，这些字节中的数据按顺序从一个对象传送到另一对象。流表示了信息从源到目的端的流动。在输入操作时，字节流从输入设备(如键盘、磁盘)流向内存，在输出操作时，字节流从内存流向输出设备(如屏幕、打印机、磁盘等)。流中的内容可以是ASCII字符、二进制形式的数据、图形图像、数字音频视频或其他形式的信息。

实际上，在内存中为每一个数据流开辟一个内存缓冲区，用来存放流中的数据。当用cout和插入运算符“<<”向显示器输出数据时，先将这些数据送到程序中的输出缓冲区保存，直到缓冲区满了或遇到endl，就将缓冲区中的全部数据送到显示器显示出来。在输入时，从键盘输入的数据先放在键盘缓冲区中，当按回车键时，键盘缓冲区中的数据输入到程序中的输入缓冲区，形成cin流，然后用提取运算符“>>”从输入缓冲区中提取数据送给程序中的有关变量。总之，流是与内存缓冲区相对应的，或者说，缓冲区中的数据就是流。

在C++中，输入输出流被定义为类。C++的I/0库中的类称为流类(streamclass)。用流类定义的对象称为流对象。

前面曾多次说明，cout和cin并不是C++语言中提供的语句，它们是iostream类的对象，在未学习类和对象时，在不致引起误解的前提下，为叙述方便，把它们称为cout语句和cin语句。正如C++并未提供赋值语句，只提供赋值表达式，在赋值表达式后面加分号就成了C++的语句，为方便起见，我们习惯称之为赋值语句。又如，在C语言中常用printf和scanf进行输出和输入，printf和scanf是C语言库函数中的输入输出函数，一般也习惯地将由printf和scanf函数构成的语句称为printf语句和scanf语句。在使用它们时，对其本来的概念要有准确的理解。

1．iostream类库中有关的类

C++编译系统提供了用于输人输出的iostream类库。iostream这个单词是由3个部分组成的，即i-o-stream，意为输入输出流。在iostream类库中包含许多用于输入输出的类。常用的见表1。

表1