第14章 输入输出与文件.ppt

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1、第14章 输入输出与文件,输入输出是指程序与外部设备交换信息 C+把输入输出看成是一个数据流 输入流：外围设备流向内存的数据 输出流：内存流向外围设备的数据 在C+中，输入输出不是语言所定义的部分，而是由标准库提供。 C+的输入输出分为： 基于控制台的I/O 基于文件的I/O 基于字符串的I/O,输入输出与文件,流与标准库 输入输出缓冲 基于控制台的I/O 基于文件的I/O 基于字符串的I/O,流的概念及用途,I/O操作是以对数据类型敏感的方式执行的。C+的I/O操作是以字节流的形式实现的。流实际上就是字节序列。 C+提供了低级和高级I/O功能。低级I/O功能通常只在设备和内存之间传输一些字节

2、。高级I/O功能把若干个字节组合成有意义的单位，如整数、浮点数、字符、字符串以及用户自定义类型的数据。 C+提供了无格式I/O和格式化I/O两种操作。无格式I/O传输速度快，但使用起来较为麻烦。格式化I/O按不同的类型对数据进行处理，但需要增加额外的处理时间，不适于处理大容量的数据传输。,流与标准库,类的继承关系,输入输出与文件,流与标准库 输入输出缓冲 基于控制台的I/O 基于文件的I/O 基于字符串的I/O,输入输出缓冲,C+的输入输出是基于缓冲实现的 每个I/O对象管理一个缓冲区，用于存储程序读写的数据 当用户在键盘上输入数据时，键盘输入的数据是存储在输入缓冲区中，当执行“”操作时，从输

3、入缓冲区中取数据存入变量，如缓冲区中无数据，则等待从外围设备取数据放入缓冲区“”是将数据放入输出缓冲区。如有下列语句：os “please enter the value:”;系统将字符串常量存储在与流os关联的缓冲区中,输出缓冲区的刷新,程序正常结束。作为main函数返回工作的一部分，将真正输出缓冲区的内容，清空所有的输出缓冲区； 当缓冲区已满时，在写入下一个值之前，会刷新缓冲区； 用标准库的操纵符，如行结束符endl，显式地刷新缓冲区； 在每次输出操作执行结束后，用unitbuf操纵符设置流的内部状态，从而清空缓冲区； 可将输出流与输入流关联起来。在这种情况下，在读输入流时，将刷新其关联的

4、输出缓冲区。在标准库中，将cout和cin关联在一起，因此每个输入操作都将刷新cout关联的缓冲区。,输入输出与文件,流与标准库 输入输出缓冲 基于控制台的I/O 基于文件的I/O 基于字符串的I/O,基于控制台的I/O,标准的输入输出流对象 cin是类istream的对象，它与标准输入设备(通常指键盘)连在一起。 cout是类ostream的对象，它与标准输出设备(通常指显示设备)连在一起。 cerr是类osteam的对象，它与标准错误输出设备连在一起。 clog是类ostream的对象，它与标准错误输出设备连在一起。,基于控制台的I/O,输出流 输入流 格式化输入/输出,输出流,C+的类o

5、stream提供了格式化输出和无格式输出的功能 输出功能包括 用流插入运算符输出标准类型的数据； 用成员函数put输出字符； 成员函数write的无格式化输出； 输出特定形式数值,输出标准类型的数据,标准类型的数据用流插入运算符输出 格式：cout 数据项 ； C+能自动判别数据类型，并根据数据类型解释内存单元的信息，把它转换成字符显示在显示器上。,输出流,#include using namespace std; int main() int a = 5, *p = ,a = 5 x = 1234.56 ch = a *p = 5 p = 0012FF7C,地址用十六进制输出,指针输出的特例

6、,如果输出的指针变量是一个指向字符的指针时，C+并不输出该指针中保存的地址，而是输出该指针指向的字符串。 如果确实想输出这个指向字符的指针变量中保存的地址值，可以用强制类型转换，将它转换成void*类型,#include using namespace std; int main() char *ptr = “abcdef“;cout “ptr指向的内容为： “ ptr endl;cout “ptr中保存的地址为：“ (void*)ptr endl;return 0;,ptr指向的内容为：abcdef ptr中保存的地址为：0046C04C,用成员函数put输出字符,cout.put(A)；

7、将字符A显示在屏幕上，并返回当前对象。 连续调用put函数： cout.put(A).put(n)； 该语句在输出字符A后输出一个换行符。圆点运算符(.)从左向右结合。 cout.put(65);用ASCII码值表达式调用put函数，语句也输出字符A。,write的无格式输出,调用成员函数write可实现无格式输出。它有两个参数。第一个参数是一个指向字符的指针，第二个参数是一个整型值。这个函数把一定量的字节从字符数组中输出。这些字节都是未经任何格式化的，仅仅是以原始数据形式输出。 例如： char buffer =“HAPPY BIRTHDAY”； cout.write(buffer, 10

8、)； 输出buffer的10个字节 函数调用： cout.write(“ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ”, 10)； 显示了字母表中的前10个字母。,基于控制台的I/O,输出流 输入流 格式化输入/输出,输入流,流读取运算符 Get函数 Getline函数 其他函数,流读取运算符,输入流最常用的操作是流读取运算符。 流读取运算符通常会跳过输入流中的空格、tab键、换行符等空白字符。 当遇到输入流中的文件结束符时，流读取运算符返回0(false);否则，流读取运算符返回对调用该运算符的对象的引用。 流读取运算符在读入EOF时返回0的特性使得它经常被用作为循环的判别条件，以避

9、免选择特定的表示输入结束的值 EOF在各个系统中有不同的表示。在windows中是Ctri+z,实例,统计某次考试的最高成绩。假定事先不知道有多少个考试成绩，在输入结束时用户会输入表示成绩输入完毕的文件结束符。当用户输入文件结束符时，while循环结构中的条件(cingrade)将变为0(即false)。,#include using namespace std; int main() int grade, highestGrade = -1;cout grade) if ( grade highestGrade) highestGrade = grade;cout “Enter grade

10、(enter end-of-file to end): “;cout “nnHighest grade is: “ highestGrade endl;return 0;,输出结果： Enter grade (enter end-of-file to end): 67 Enter grade (enter end-of-file to end): 87 Enter grade (enter end of file to end): 73 Enter grade (enter end-of-file to end): 95 Enter grade (enter end-of-file to en

11、d): 34 Enter grade (enter end-of-file to end): 99 Entergrade (enter end-of-file to end): z Heighest grade is: 99,成员函数get,Get函数用于读入字符或字符串 get函数有三种格式： 不带参数 带一个参数 带三个参数,不带参数的get函数,不带参数的get函数从当前对象读入一个字符，包括空白字符以及表示文件结束的EOF，并将读入值作为函数的返回值返回。如下列语句while(ch = cin.get() !=EOF) cout ch;将输入的字符回显在显示器上，直到输入EOF。,#i

12、nclude Using namespace std; int main() char c; while ( ( c = cin.get() ) != EOF ) cout.put( c ); cout “nEOF in this system is: “ c; return 0; ,输出结果： Enter a sentence followed by end-of-file: Testing the get and put member functionsz Testing the get and put member functions EOF in this system is: -1,

13、带一个参数的get函数,例如，下面的循环语句将输入一个字符串，存入字符数组ch，直到输入回车。 cin.get(ch0); for (i = 0; chi != n; +i) cin.get(chi+1); chi = 0;,带一个字符类型的引用参数，它将输入流中的下一字符（包括空白字符）存储在参数中，它的返回值是当前对象的引用。,带有三个参数的get成员函数,参数分别是接收字符的字符数组、字符数组的大小和分隔符(默认值为n)。 函数或者在读取比指定的最大字符数少一个字符后结束，或者在遇到分隔符时结束。 为使字符数组(被程序用作缓冲区)中的输入字符串能够结束，空字符会被插入到字符数组中。函数不

14、把分隔符放到字符数组中，但是分隔符仍然会保留在输入流中。,要输入一行字符，可用下列语句：cin.get(ch, 80, n); 或 cin.get(ch, 80); 要输入一个以句号结尾的句子，可用下面的语句：cin.get(ch, 80, .); 当遇到输入结束符时，程序插入一个0作为输入字符串的结束标记，输入结束符没有放在字符数组中，而是保留在输入流中，下一个和输入相关的语句会读入这个输入结束符。如对应于语句cin.get(ch, 80, .);用户输入abcdef.则ch中保存的是字符串“abcdef”，而“.”仍保留在输入缓冲区中。如果继续调用cin.get(ch1); 或 cin c

15、h1 ;则字符变量ch1中保存的是“.”。,#include Using namespace std; int main() const int SIZE = 80; char buffer1 SIZE , buffer2 SIZE ; cout buffer1; cout “nThe string read with cin was:n“ buffer1 “nn“; cin.get( buffer2, SIZE );cout “The string read with cin.get was:n“ buffer2 endl; return 0; ,输出结果： Enter a sentence

16、: Contrasting string input with cin and cin.get The string read with cin was: Contrasting The string read with cin.get was: string input with cin and cin.get,成员函数getline,与带三个参数的get函数类似，它读取一行信息到字符数组中，然后插入一个空字符。所不同的是，getline要去除输入流中的分隔符(即读取字符并删除它)，但是不把它存放在字符数组中。,#include Using namespace std; int main()

17、 const SIZE = 80; char buffe SIZE ; cout “Enter a sentence:n“; cin.getline( buffer, SIZE ); cout “nThe sentence entered is:n“ buffer endl; return 0; ,输出结果： Enter a sentence: Using the getline member function The sentence entered is: Using the getline member function,用Read函数输入,调用成员函数read可实现无格式输入。它有两个

18、参数。第一个参数是一个指向字符的指针，第二个参数是一个整型值。这个函数把一定量的字节从输入缓冲区读入字符数组，不管这些字节包含的是什么内容。 例如： char buffer80 ； cin.read(buffer, 10 )； 读入10个字节，放入buffer 如果还没有读到指定的字符数，遇到了EOF，则读操作结束。此时可以用成员函数gcount统计输入的字符个数,#include using namespace std; int main() char buffer 80 ;cout “Enter a sentence:n“;cin.read( buffer, 20 );cout “nThe

19、 sentence entered was:n“;cout.write( buffer, cin.gcount() );cout endl;cout “一共输入了“ cin.gcount() “个字符n“;return 0; ,输出结果： Enter a sentence: Using the read, write, and gcount member functions The sentence entered was: Using the read,write 一共输入了 20个字符,基于控制台的I/O,输出流 输入流 格式化输入/输出,格式化输入/输出,C+提供了大量的用于执行格式化输

20、入/输出的流操纵算子和成员函数。 功能:整数流的基数：dec、oct、hex和setbase设置浮点数精度:precision、setprecision 设置域宽:setw、width 设置域填充字符:fill、setfill,设置整型数的基数,输入输出流中的整型数默认为十进制表示。为了使流中的整型数不局限于十进制，可以插入hex操纵符将基数设为十六进制，插入oct操纵符将基数设为八进制，也可以插入dec操纵符将基数重新设为十进制 也可以通过流操纵符setbase来改变流的基数。该操纵符有一个整型参数，它的值可以是16，10或8，表示将整型数的基数设为十六进制，十进制或八进制 使用任何带参数的

21、流操纵符，都必须包含头文件iomanip 流的基数值只有被显式更改时才会变化，否则一直沿用原有的基数。,hex、oct、dec和setbase,#include #include using namespace std; int main() int n;cout oct n;cout “octal “ oct n “ in hexdecimal is:“ hex n n ;cout “hexdecimal “ n “ in decimal is:“ dec n n ;cout setbase(8) “octal “ n“ in octal is:“ n endl;return 0;,Ente

22、r a octal number: 30 Octal 30 in hexdecimal is: 18 Hexdecimal 18 in decimal is: 24 Octal 30 in octal is: 30,设置浮点数精度,设置浮点数的精度（即，实型数的有效位数）可以用流操纵符setprecision或基类ios的成员函数precision来实现。 一旦调用了这两者之中的某一个，将影响所有输出的浮点数的精度，直到下一个设置精度的操作为止。 这个操纵符和成员函数都有一个参数，表示有效位数的长度。,#include #include using namespace std; int mai

23、n() double x = 123.456789, y = 9876.54321;for (int i = 9; i 0; -i) cout.precision(i); cout 0; -i) / cout setprecision(i) x t y endl;return 0; ,执行结果,123.456789 9876.54321 123.45679 9876.5432 123.4568 9876.543 123.457 9876.54 123.46 9876.5 123.5 9877 123 9.88e+003 1.2e+002 9.9e+003 1e+002 1e+004,设置域宽,

24、域宽是指数据所占的字符个数。 设置域宽可以用基类的成员函数width，也可以用流操纵符（setw）。width和setw都包含一个整型的参数，表示域宽。 设置域宽可用于输入，也可用于输出。设置宽度是适合于下一次输入或输出，之后的操作的宽度将被设置为默认值。 当没有设置输出宽度时，C+按实际长度输出。如整型变量a=123，b=456，则输出cout a b;将输出123456。,一旦设置了域宽，该输出必须占满域宽。如果输出值的宽度比域宽小，则插入填充字符填充。默认的填充字符是空格。如果实际宽度大于指定的域宽，则按实际宽度输出。如语句cout setw(5) x setw(5) y endl;的输

25、出为123 456每个数值占5个位置，前面用空格填充。,设置域宽也可用于输入。当输入是字符串时，如果输入的字符个数大于设置的域宽时，C+只读入域宽指定的字符个数。如有定义char a9 , b9 ;执行语句cin setw(5) a setw(5) b; 用户在键盘上的响应为abcdefghijklm则字符串a的值为“abcd”，字符串b的值为“defg”。,其他流操纵符,用户自定义的流操纵算子,程序员可以定义自己的流操纵符 例如，定义输出流操纵符格式如下： ostream &操纵符名（ostream &os）需要执行的操作,#include using namespace std; ostr

26、eam ,5 7,输入输出与文件,流与标准库 输入输出缓冲 基于控制台的I/O 基于文件的I/O 基于字符串的I/O,基于文件的I/O,文件的概念 文件和流 文件的顺序访问 文件的随机访问 访问有记录概念的文件,文件的概念,文件是驻留在外存储器上、具有标识名的一组信息集合，用来永久保存数据。 与文件相关的概念有： 数据项（字段） 记录 文件 数据库 如在一个图书管理系统中，有一个数据库。这个数据库由书目文件、读者文件及其它辅助文件组成。书目文件中保存的是图书馆中的所有书目信息，每本书的信息构成一条记录。每本书需要保存的信息有：书名、作者、出版年月、分类号、ISBN号、图书馆的馆藏号以及一些流通

27、信息。其中书名是一个字段，作者也是一个字段。,基于文件的I/O,文件的概念 文件和流 文件的顺序访问 文件的随机访问 访问有记录概念的文件,文件和流,C+语言把每一个文件都看成一个有序的字节流（把文件看成n个字节） 每一个文件以文件结束符(end-of-file marker)结束 当打开一个文件时，该文件就和某个流关联起来 与这些对象相关联的流提供程序与特定文件或设备之间的通信通道 例如cin对象(标准输入流对象)使程序能从键盘输入数据，cout对象(标准输出流对象)使程序能向屏幕输出数据。,文件访问过程,定义一个流对象 打开文件：将流对象与文件关联起来 访问文件 关闭文件 ：切断流对象与文

28、件的关联,定义一个流对象,C+有三个文件流类型： ifstream：输入文件流 ofstream：输出文件流 fstream：输入输出文件流 如：ifstream infile;,打开文件,用流对象的成员函数open打开文件 用流对象的构造函数打开文件 无论是成员函数open还是通过构造函数，都有两个参数： 打开的文件名 文件打开模式 如果文件打开失败，返回0,文件打开模式,默认打开方式,ifstream流对象是以in模式打开 ofstream流关联的文件则以out模式打开 ofstream对象以in和out方式打开,文件打开,打开输入文件： ifstream infile; infile.o

29、pen(“file1”); 或 infile.open(“file1”, ifstream:in); 也可以利用构造函数直接打开： ifstream infile(“file1”); 或 ifstream infile(“file1” , ifstream:in); 打开输出文件 ofstream outfile; outfile.open(“file2”); 或 outfile.open(“file2”, ofstream:out); 也可以利用构造函数直接打开： ofstream outfile(“file2”); 或 ofstream outfile(“file2” , ofstream

30、:out); 打开输入输出文件 fstream iofile(“file3”); fstream iofile(“file3”, fstream: in | fstream:out);,文件关闭,用成员函数close main函数执行结束时，会关闭所有打开的文件 良好的程序设计习惯：文件访问结束时，关闭文件,基于文件的I/O,文件的概念 文件和流 文件的顺序访问 文件的随机访问 访问有记录概念的文件,文件的顺序访问,C+文件的读写和控制台读写一样，可以用流提取运算符“”从文件读数据，也可以用流插入运算符”操作成功时，返回true。,文件访问实例,将数字1到10写入文件file，然后从file中

31、读取这些数据，把它们显示在屏幕上。 首先用输出方式打开文件file。如文件file不存在，则自动创建一个，否则打开磁盘上的文件，并清空。用一个循环依次将1到10用流插入符插入文件，并关闭文件。然后，再用输入方式打开文件file，读出所有数据，并输出到屏幕上。,#include #include using namespace std; int main() ofstream out(“file“);ifstream in; int i;if (!out) cerr i) cout i ; in.close();return 0; ,执行结果,执行该程序后，文件file中的内容为1 2 3 4

32、5 6 7 8 9 10 该程序的输出结果是1 2 3 4 5 6 7 8 9 10,包含各种类型数据的文件操作,#include #include using namespace std; int main() ofstream fout(“test“);if (!fout)cerr “cannot open output filen“; return 1;fout10“ “123.456 “This is a text file“n“;fout.close();return 0; ,执行结果,文件中的内容为10 123.456“This is a text file“,读文件,#inclu

33、de #include using namespace std; int main() ifstream fin(“test“);char s80;int i;float x;if (!fin) cout i x s; cout i “ “ x s;fin.close(); return 0; ,10 123.456“This,fin i x; fin.getline(s, 80, n);,基于文件的I/O,文件的概念 文件和流 文件的顺序访问 文件的随机访问 访问有记录概念的文件,文件定位指针,文件定位指针：是一个long类型的数据 ，指出当前读写的位置 C+文件有两个定位指针：读指针和写指

34、针 当文件以输入方式打开时，读指针指向文件中的第一个字节。 文件以输出方式打开时，写指针指向文件中的第一个字节。 当文件以添加方式打开时，写指针指向文件尾。,文件的随机访问,指定文件定位指针的值，从任意指定位置开始读写 获取文件定位指针的当前位置 ：成员函数tellg和tellp 设置文件定位指针的位置：成员函数seekg和seekp,成员函数seekg和seekp,seekg和seekp都有两个参数：第一个参数通常为long类型的整数，表示偏移量；第二个参数指定移动的起始位置 寻找方向： ios:beg(默认)：相对于流的开头 ios:cur：相对于流当前位置 ios:end：相对于流结尾,

35、文件位置指针的例子,/ position to the nth byte of fileObject / assumes ios:beg fileObject.seekg( n );/ position n bytes forward in fileObject fileObject.seekg( n, ios:cur );/ position y bytes back from end of fileObject fileObject.seekg( y, ios:end ); / position at end of fileObject fileObject.seekg( 0, ios:e

36、nd );,随机读写实例,#include #include using namespace std; int main() fstream in(“file“);int i;if (!in) cerr i) cout i ; in.close();return 0; ,执行后：1 2 3 4 5 207 8 9 10,执行前：1 2 3 4 5 6 7 8 9 10,基于文件的I/O,文件的概念 文件和流 文件的顺序访问 文件的随机访问 访问有记录概念的文件,访问要求,立即访问到文件甚至大型文件中指定的记录 可以在不破坏其他数据的情况下把数据插入到随机访问文件中。 也能在不重写整个文件的情况

37、下更新和删除以前存储的数据。,实现考虑,要求记录长度是固定的。 可以使用istream中的read函数和ostream中的write函数能够做到。 如number是整型变量 写入：outFile.write(reinterpret_cast (,实例：图书馆的书目管理系统,如果每本书需要记录的信息有： 馆藏号（整型数）：要求自动生成 书名（最长20个字符的字符串） 借书标记。借书标记中记录的是借书者的借书证号，假设也是整型数。 该系统需要实现的功能有： 初始化系统 添加书 借书 还书 显示书库信息,文件设计,设计一个文件book，该文件中的每个记录保存一本书的信息。 文件中的记录可按馆藏号的次

38、序存放，这样可方便实现添加书和借还书的功能。添加书时，只要将这本书对应的记录添加到文件尾。借还书时，可以根据馆藏号计算记录的存储位置，修改相应的记录。,book类设计,数据成员： 馆藏号、书名、借书标记 为了提供馆藏号自动生成，需要保存系统中最大的馆藏号。这个值可以作为书目类的静态成员。 成员函数： 构造函数 借书 还书 显示书的详细信息 静态成员初始化 静态成员值加1,Book.h,#ifndef _book_h #define _book_h #include #include #include #include using namespace std; class book int no

39、;char name20;int borrowed;static int no_total; public:,book(const char *s = “) no = no_total; borrowed = 0; strcpy(name,s);void borrow(int readerNo) /借书 if (borrowed != 0) cerr “本书已被借，不能重复借n“;else borrowed = readerNo; void Return() /还书if (borrowed = 0) cerr “本书没有被借，不能还n“; else borrowed = 0; void dis

40、play() /显示书的信息 cout setw(10) no setw(20) name setw(10) borrowed endl;static void resetTotal() no_total = 0; /最大馆藏号复位static void addTotal() +no_total; /馆藏号加1 ;int book:no_total = 0; /静态数据成员的定义 #endif,系统分解,系统可分解成五大功能，每个功能用一个函数实现。 Main函数显示菜单，根据用户的选择调用相应的函数,Main函数,#include “book.h“ void initialize(); /系

41、统初始化 void addBook(); /添加新书 void borrowBook(); /借书 void returnBook(); /还书 void displayBook(); /显示所有的书目信息 int main() int selector;,while (true) cout selector;if (selector = 0) break;switch (selector)case 1: initialize(); break;case 2: addBook(); break;case 3: borrowBook(); break;case 4: returnBook();

42、break;case 5: displayBook(); break; return 0; ,Initialize的实现,void initialize() ofstream outfile(“book“); book:resetTotal(); outfile.close();,addBook的实现,void addBook() char ch20;book *bp;ofstream outfile(“book“,ofstream:app); book:addTotal(); cout ch;bp = new book(ch);outfile.write( reinterpret_cast(

43、bp), sizeof(*bp);delete bp;outfile.close();,borrowBook,void borrowBook()int bookNo, readerNo;fstream iofile(“book“); book bk;cout bookNo readerNo;iofile.seekg(bookNo - 1) * sizeof(book); iofile.read( reinterpret_cast (,returnBook,void returnBook()int bookNo;fstream iofile(“book“);book bk;cout bookNo

44、 ;iofile.seekg(bookNo - 1) * sizeof(book);iofile.read( reinterpret_cast (,displayBook,void displayBook() ifstream infile(“book“);book bk;infile.read( reinterpret_cast ( ,输入输出与文件,流与标准库 输入输出缓冲 基于控制台的I/O 基于文件的I/O 基于字符串的I/O,基于字符串的I/O,iostream标准库支持内存中的输入输出，只要将流与存储在程序内存中的string对象捆绑起来即可 标准库定义了三种类型的字符串流： is

45、tringstream：由istream派生而来，提供读string的功能。 ostringstream：由ostream派生而来，提供写string的功能。 stringstream：由iostream派生而来，提供读写string的功能。,字符串流使用实例,#include #include #include using namespace std; int main() string ch;ostringstream os(ch); / 或 ostringstream os;for (int i = 0; i i) cout i t; return 0; ,小结,输入输出是程序中不可缺少的一部分。在C+中，输入输出功能是以标准库的形式来提供。输入输出操作分为控制台I/O，文件I/O以及字符串I/O。由于文件I/O和字符串I/O类都是从控制台I/O类继承的，因此，这三种I/O的操作方式是相同的。 本章介绍了如何利用iostream库进行格式化的输入输出，介绍了如何利用文件永久保存信息，并以图书馆系统为例，介绍了实现文件的随机读写。,