C++輸入和輸出的概念
我們經(jīng)常用到的輸入和輸出，都是以終端為對(duì)象的，即從鍵盤輸入數(shù)據(jù)，運(yùn)行結(jié)果輸出到顯示器屏幕上。從操作系統(tǒng)的角度看，每一個(gè)與主機(jī)相連的輸入輸出設(shè)備都被看作一個(gè)文件。除了以終端為對(duì)象進(jìn)行輸入和輸出外，還經(jīng)常用磁盤(光盤)作為輸入輸出對(duì)象，磁盤文件既可以作為輸入文件，也可以作為輸出文件。

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++輸入輸出包含以下三個(gè)方面的內(nèi)容：
對(duì)系統(tǒng)指定的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的輸入和輸出。即從鍵盤輸入數(shù)據(jù)，輸出到顯示器屏幕。這種輸入輸出稱為標(biāo)準(zhǔn)的輸入輸出，簡(jiǎn)稱標(biāo)準(zhǔn)I/O。
以外存磁盤文件為對(duì)象進(jìn)行輸入和輸出，即從磁盤文件輸入數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)輸出到磁盤文件。以外存文件為對(duì)象的輸入輸出稱為文件的輸入輸出，簡(jiǎn)稱文件I/O。
對(duì)內(nèi)存中指定的空間進(jìn)行輸入和輸出。通常指定一個(gè)字符數(shù)組作為存儲(chǔ)空間(實(shí)際上可以利用該空間存儲(chǔ)任何信息)。這種輸入和輸出稱為字符串輸入輸出，簡(jiǎn)稱串I/O。

C++采取不同的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)以上種輸入輸出。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效流動(dòng)，C++系統(tǒng)提供了龐大的I/O類庫(kù)，調(diào)用不同的類去實(shí)現(xiàn)不同的功能。

在C語(yǔ)言中，用printf和scanf進(jìn)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。在C++的輸入輸出中，編譯系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)類型進(jìn)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(guò)編譯。因此C++的I/O操作是類型安全(type safe)的。C++的I/O操作是可擴(kuò)展的，不僅可以用來(lái)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(duì)標(biāo)準(zhǔn)類型的數(shù)據(jù)和對(duì)用戶聲明類型數(shù)據(jù)的輸入輸出，采用同樣的方法處理。C++通過(guò)I/O類庫(kù)來(lái)實(shí)現(xiàn)豐富的I/O功能。C++的輸入輸出優(yōu)于C語(yǔ)言中的printf和scanf，但是比較復(fù)雜，要掌握許多細(xì)節(jié)。
C++的I/O對(duì)C的發(fā)展--類型安全和可擴(kuò)展性

在C語(yǔ)言中，用primf和scanf進(jìn)行輸人輸出，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(guò)C語(yǔ)言的讀者可以分析下面的用法，想用格式符%d輸出一個(gè)整數(shù)， 但不小心用它輸出了單精度變量和字符串，會(huì)出現(xiàn)什么情況？假定所用的系統(tǒng)int型占兩個(gè)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f變量中前兩個(gè)字節(jié)的內(nèi)容
  printf("%d", "C++"); //輸出宇符串"C++"的地址

編譯系統(tǒng)認(rèn)為以上語(yǔ)句都是合法的，而不對(duì)數(shù)據(jù)類型的合法性進(jìn)行檢查，顯然所得到的結(jié)果不是人們所期望的，在用scanf 輸入時(shí)，有時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題是很隱蔽的。如：

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

假如已有聲明語(yǔ)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(yǔ)句出錯(cuò)，而是將輸人的值存放到地址為000001的內(nèi)存單元中，這個(gè)錯(cuò)誤可能產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。

C++為了與C兼容，保留了用printf和scanf進(jìn)行輸出和輸人的方法，以便使過(guò)去所編寫的大量的C程序仍然可以在C ++的環(huán)境下運(yùn)行，但是希望讀者在編寫新的C ++程 序時(shí)不要用C的輸入輸出機(jī)制，而要用C++自己特有的輸人輸出方法。在C++的輸入輸出中，編譯系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)類型進(jìn)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(guò)編譯。因此C++的I/O操作是類型安全(type safe)的。

此外，用printf和scanf可以輸出和輸入標(biāo)準(zhǔn)類型的數(shù)據(jù)(如int、float、double、char)， 但無(wú)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(huì)經(jīng)常遇到對(duì)類對(duì)象的輸人輸出，顯然無(wú)法使用printf和scanf來(lái)處理。C++的I/O操作是可擴(kuò)展 的，不僅可以用來(lái)輸人輸出標(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(duì)標(biāo)準(zhǔn)類型的數(shù)據(jù)和對(duì)用戶聲明類型數(shù)據(jù)的輸人輸出，采用同樣的方法處理。顯然，在用戶聲明了一個(gè)新類后，是無(wú)法用printf和scanf 函數(shù)直接輸出和輸人這個(gè)類的對(duì)象的。

可擴(kuò)展性是C++輸人輸出的重要特點(diǎn)之一，它能提高軟件的重用性，加快軟件的開(kāi) 發(fā)過(guò)程。

C++通過(guò)I/O類庫(kù)來(lái)實(shí)現(xiàn)豐富的I/O功能。這樣使C++的輸人輸出明顯地優(yōu)于C 語(yǔ)言中的printf和scanf，但是也為之付出了代價(jià)，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(shí)際深入應(yīng)用時(shí)再進(jìn)一步掌握。

與C++輸入輸出有關(guān)的類和對(duì)象
輸入和輸出是數(shù)據(jù)傳送的過(guò)程，數(shù)據(jù)如流水一樣從一處流向另一處。C++形象地將此過(guò)程稱為流(Stream)。C++的輸入輸出流是指由若干字節(jié)組成的宇節(jié)序列，這些宇節(jié)中的數(shù)據(jù)按順序從一個(gè)對(duì)象傳送到另一對(duì)象。流表示了信息從源到目的端的流動(dòng)。在輸入操作時(shí)，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(shí)，字節(jié)流從內(nèi)存流向輸出設(shè)備(如屏幕、打印機(jī)、磁盤等)。流中的內(nèi)容可以是ASCII字符、二進(jìn)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(shí)際上，在內(nèi)存中為每一個(gè)數(shù)據(jù)流開(kāi)辟一個(gè)內(nèi)存緩沖區(qū)，用來(lái)存放流中的數(shù)據(jù)。當(dāng)用cout和插入運(yùn)算符“<<”向顯示器輸出數(shù)據(jù)時(shí)，先將這些數(shù)據(jù)送到程序中的輸出緩沖區(qū)保存，直到緩沖區(qū)滿了或遇到endl，就將緩沖區(qū)中的全部數(shù)據(jù)送到顯示器顯示出來(lái)。在輸入時(shí)，從鍵盤輸入的數(shù)據(jù)先放在鍵盤的緩沖區(qū)中，當(dāng)按回車鍵時(shí)，鍵盤緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)輸入到程序中的輸入緩沖區(qū)，形成cin流，然后用提取運(yùn)算符“ >>”從輸入緩沖區(qū)中提取數(shù)據(jù)送給程序中的有關(guān)變量?？傊魇桥c內(nèi)存緩沖區(qū)相對(duì)應(yīng)的，或者說(shuō)，緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)就是流。

在C++中，輸入輸出流被定義為類。C++的I/O庫(kù)中的類稱為流類(stream class)。 用流類定義的對(duì)象稱為流對(duì)象。

其實(shí)，cout和cin并不是C++語(yǔ)言中提供的語(yǔ)句，它們是iostream類的對(duì)象，在不了解類和對(duì)象時(shí)，在不致引起誤解的前提下，為敘述方便，把它們稱為cout語(yǔ)句和cin語(yǔ)句。正如C++并未提供賦值語(yǔ)句，只提供賦值表達(dá)式，在賦值表達(dá)式后面加分號(hào)就成了C++的語(yǔ)句，為方便起見(jiàn)，我們習(xí)慣稱之為賦值語(yǔ)句。又如，在C語(yǔ)言中常用 printf和scanf進(jìn)行輸出和輸入，printf和scanf是C語(yǔ)言庫(kù)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(yǔ)句稱為printf語(yǔ)句和scanf語(yǔ)句。在使用它們時(shí)，對(duì)其本來(lái)的概念應(yīng)該有準(zhǔn)確的理解。

了解了類和對(duì)象后，我們對(duì)C++的輸入輸出應(yīng)當(dāng)有更深刻的認(rèn)識(shí)。

C++編譯系統(tǒng)提供了用于輸入輸出的iostream類庫(kù)。iostream這個(gè)單詞是由3個(gè)部 分組成的，即i-o-stream，意為輸入輸出流。在iostream類庫(kù)中包含許多用于輸入輸出的 類。常用的見(jiàn)表


ios是抽象基類，由它派生出istream類和ostream類，兩個(gè)類名中第1個(gè)字母i和o分別代表輸入(input)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(guò)多重繼承而派生的類。

C++對(duì)文件的輸入輸出需要用ifstrcam和ofstream類，兩個(gè)類名中第1個(gè)字母i和o分別代表輸入和輸出，第2個(gè)字母f代表文件(file)。ifstream支持對(duì)文件的輸入操作， ofstream支持對(duì)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。見(jiàn)圖

I/O類庫(kù)中還有其他一些類，但是對(duì)于一般用戶來(lái)說(shuō)，以上這些已能滿足需要了。如果想深入了解類庫(kù)的內(nèi)容和使用，可參閱所用的C++系統(tǒng)的類庫(kù)手冊(cè)。
與iostream類庫(kù)有關(guān)的頭文件

iostream類庫(kù)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 —種說(shuō)法：頭文件是程序與類庫(kù)的接口，iostream類庫(kù)的接口分別由不同的頭文件來(lái)實(shí)現(xiàn)。常用的有
iostream  包含了對(duì)輸入輸出流進(jìn)行操作所需的基本信息。
fstream  用于用戶管理的文件的I/O操作。
strstream  用于字符串流I/O。
stdiostream  用于混合使用C和C + +的I/O機(jī)制時(shí)，例如想將C程序轉(zhuǎn)變?yōu)镃++程序。
iomanip  在使用格式化I/O時(shí)應(yīng)包含此頭文件。
在iostream頭文件中定義的流對(duì)象

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

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

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

  ostream cout ( stdout);

在定義cout為ostream流類對(duì)象時(shí)，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(lái)，如果有

  cout <<3;

就會(huì)在顯示器的屏幕上輸出3。
在iostream頭文件中重載運(yùn)算符

“<<”和“>>”本來(lái)在C++中是被定義為左位移運(yùn)算符和右位移運(yùn)算符的，由于在iostream頭文件中對(duì)它們進(jìn)行了重載，使它們能用作標(biāo)準(zhǔn)類型數(shù)據(jù)的輸入和輸出運(yùn)算符。所以，在用它們的程序中必須用#include命令把iostream包含到程序中。

  #include <iostream>

在istream和ostream類（這兩個(gè)類都是在iostream中聲明的）中分別有一組成員函數(shù)對(duì)位移運(yùn)算符“<<”和“>>”進(jìn)行重載，以便能用它輸入或輸出各種標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)。對(duì)于不同的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)類型要分別進(jìn)行重載，如：

  ostream operator << (im ); //用于向輸出流插入一個(gè)int數(shù)據(jù)
  ostream operator << (float ); //用于向輸出流插入一個(gè)float數(shù)據(jù)
  ostream operator << (char); //用于向輸出流插入一個(gè)char數(shù)據(jù)
  ostream operator << (char * ); //用于向輸出流插入一個(gè)字符串?dāng)?shù)據(jù)

等。如果在程序中有下面的表達(dá)式：

  cout<<"C++";

實(shí)際上相當(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(gè)運(yùn)算符重載函數(shù)，通過(guò)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(duì)象cout。

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

在ostream類中將“<<”重載為插入運(yùn)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(gè) void * 類型。

如果想將“<<”和“>>”用于自己聲明的類型的數(shù)據(jù)，就不能簡(jiǎn)單地采用包含 iostream頭文件來(lái)解決，必須自己對(duì)“<<”和“>>”進(jìn)行重載。

怎樣理解運(yùn)算符“<<”和“>>”的作用呢？有一個(gè)簡(jiǎn)單而形象的方法：它們指出了數(shù)據(jù)移動(dòng)的方向，例如

  >>a

箭頭方向表示把數(shù)據(jù)放人a中。而

  <<a

箭頭方向表示從a中拿出數(shù)據(jù)。