C++程序设计课程介绍第14章 输入输出与文件.ppt

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。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ostream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=5x=1234.56ch=a*p=5p=0012FF7C,地址用十六进制输出,指针输出的特例,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：abcdefptr中保存的地址为：0046C04C,用成员函数put输出字符,cout.put(A)；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)；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(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):67Enter grade(enter end-of-file to end):87Enter grade(enter end of file to end):73Enter grade(enter end-of-file to end):95Enter grade(enter end-of-file to end):34Enter grade(enter end-of-file to end):99Entergrade(enter end-of-file to end):zHeighest 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。,#include 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 functionszTesting the get and put member functionsEOF in this system is:-1,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 ch1;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:Contrasting string input with cin and cin.getThe string read with cin was:ContrastingThe 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()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 functionThe 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 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 functionsThe 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;,Enter a octal number:30Octal 30 in hexdecimal is:18Hexdecimal 18 in decimal is:24Octal 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 main()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 9876.54321123.45679 9876.5432123.4568 9876.543123.457 9876.54123.46 9876.5123.5 9877123 9.88e+0031.2e+002 9.9e+0031e+002 1e+004,设置域宽,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;ostream,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.open(“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: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closemain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 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 filen;fout.close();return 0;,执行结果,文件中的内容为 10 123.456This is a text file,读文件,#include#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;,10 123.456This,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,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:end);,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;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 display()/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.hvoid initialize();/系统初始化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();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(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;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：istringstream：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。,