《C++ 程序设计》第 11 章 - 流类库与输入输出

@startuml
class ios {
  + enum openmode { in, out, app, ate, trunc, binary }
  + enum seekdir { beg, cur, end }
  + bool good()
  + bool eof()
  + bool fail()
  + bool bad()
  + void clear()
  + operator bool()
}

class istream {
  + istream& operator>>(T& val)
  + int get()
  + istream& get(char& c)
  + istream& getline(char* buf, int count)
  + istream& read(char* buf, streamsize count)
  + streampos tellg()
  + istream& seekg(streampos pos)
}

class ostream {
  + ostream& operator<<(T val)
  + ostream& put(char c)
  + ostream& write(const char* buf, streamsize count)
  + streampos tellp()
  + ostream& seekp(streampos pos)
  + ostream& flush()
}

class iostream {
  // 继承istream和ostream的功能
}

class ifstream {
  + ifstream()
  + ifstream(const char* filename, openmode mode = in)
  + bool is_open()
  + void open(const char* filename, openmode mode = in)
  + void close()
}

class ofstream {
  + ofstream()
  + ofstream(const char* filename, openmode mode = out)
  + bool is_open()
  + void open(const char* filename, openmode mode = out)
  + void close()
}

class fstream {
  + fstream()
  + fstream(const char* filename, openmode mode = in|out)
  + bool is_open()
  + void open(const char* filename, openmode mode = in|out)
  + void close()
}

class istringstream {
  + istringstream()
  + istringstream(const string& str)
  + string str() const
}

class ostringstream {
  + ostringstream()
  + string str() const
  + void str(const string& s)
}

class stringstream {
  // 继承istringstream和ostringstream的功能
}

ios <|-- istream
ios <|-- ostream
istream <|-- iostream
ostream <|-- iostream
istream <|-- ifstream
ostream <|-- ofstream
iostream <|-- fstream
istream <|-- istringstream
ostream <|-- ostringstream
iostream <|-- stringstream
@enduml

#include <iostream>
#include <fstream>  // 文件流头文件

using namespace std;

int main() {
    // 1. 控制台输出流（全局对象，无需手动构造）
    cout << "这是控制台输出流" << endl;

    // 2. 文件输出流构造方式1：默认构造+open()
    ofstream ofs1;
    // 打开文件（若文件不存在则创建，存在则清空内容）
    ofs1.open("output1.txt", ios::out);  // ios::out是默认模式，可省略
    if (ofs1.is_open()) {  // 检查文件是否成功打开
        ofs1 << "用ofs1写入的内容" << endl;
        ofs1.close();  // 操作完成后关闭文件
    } else {
        cerr << "ofs1打开文件失败！" << endl;
    }

    // 3. 文件输出流构造方式2：构造函数直接打开
    ofstream ofs2("output2.txt", ios::out | ios::app);  // 追加模式
    if (ofs2) {  // 流对象可直接作为布尔值判断是否正常
        ofs2 << "用ofs2追加的内容" << endl;
        ofs2.close();
    } else {
        cerr << "ofs2打开文件失败！" << endl;
    }

    return 0;
}

#include <iostream>
#include <iomanip>  // 格式操纵符头文件

using namespace std;

int main() {
    // 基本数据输出
    int a = 100;
    double b = 3.1415926535;
    char c = 'A';
    string s = "Hello C++";

    cout << "整数：" << a << endl;
    cout << "浮点数：" << b << endl;
    cout << "字符：" << c << endl;
    cout << "字符串：" << s << endl << endl;

    // 格式控制示例
    cout << "===== 格式控制演示 =====" << endl;
    
    // 宽度与填充
    cout << "默认宽度：" << a << endl;
    cout << "设置宽度10：" << setw(10) << a << endl;  // 右对齐，宽度不足用空格填充
    cout << "左对齐+填充：" << setw(10) << left << setfill('*') << a << endl;  // 左对齐，用*填充
    cout << resetiosflags(ios::left);  // 重置对齐方式（恢复默认）

    // 浮点数精度控制
    cout << "\n浮点数精度演示：" << endl;
    cout << "默认精度：" << b << endl;  // 默认6位有效数字
    cout << "setprecision(8)：" << setprecision(8) << b << endl;  // 8位有效数字
    cout << "fixed+precision(4)：" << fixed << setprecision(4) << b << endl;  // 固定4位小数

    // 进制转换
    cout << "\n进制转换演示：" << endl;
    cout << "十进制：" << dec << a << endl;  // 十进制（默认）
    cout << "八进制：" << oct << a << endl;  // 八进制
    cout << "十六进制：" << hex << a << endl;  // 十六进制（小写）
    cout << "十六进制大写：" << uppercase << hex << a << endl;  // 十六进制大写

    return 0;
}

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <cstring>  // 用于strlen

using namespace std;

int main() {
    ofstream ofs("member_func.txt");
    if (!ofs) {
        cerr << "文件打开失败！" << endl;
        return 1;
    }

    // put()：输出单个字符
    ofs.put('H');
    ofs.put('i');
    ofs.put('\n');  // 换行

    // write()：输出字节序列（适合二进制数据）
    const char* str = "使用write()写入的字符串";
    // 注意：write()不会自动添加结束符，需手动控制长度
    ofs.write(str, strlen(str));
    ofs.put('\n');

    // tellp()：获取当前写位置
    streampos pos = ofs.tellp();
    cout << "当前写位置：" << pos << endl;

    // 写入一些内容
    ofs << "这是一段测试文本" << endl;

    // seekp()：移动写位置到开头
    ofs.seekp(0, ios::beg);  // ios::beg表示从文件开头计算
    ofs << "替换开头内容";  // 覆盖开头部分

    ofs.close();  // 关闭文件
    cout << "操作完成，请查看member_func.txt" << endl;

    return 0;
}

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>

using namespace std;

// 定义一个结构体表示学生信息
struct Student {
    int id;         // 学号
    char name[20];  // 姓名（固定长度，避免字符串指针问题）
    float score;    // 成绩
};

int main() {
    // 1. 创建学生数据
    Student s1 = {1001, "张三", 95.5f};
    Student s2 = {1002, "李四", 88.0f};
    Student s3 = {1003, "王五", 92.3f};

    // 2. 二进制模式打开文件（ios::binary）
    ofstream ofs("students.dat", ios::out | ios::binary);
    if (!ofs) {
        cerr << "文件打开失败！" << endl;
        return 1;
    }

    // 3. 用write()写入二进制数据
    // write()参数：数据地址（需强转为char*）、数据大小
    ofs.write(reinterpret_cast<const char*>(&s1), sizeof(s1));
    ofs.write(reinterpret_cast<const char*>(&s2), sizeof(s2));
    ofs.write(reinterpret_cast<const char*>(&s3), sizeof(s3));

    ofs.close();
    cout << "二进制文件写入完成！" << endl;

    return 0;
}

#include <iostream>
#include <sstream>  // 字符串流头文件
#include <string>
#include <iomanip>  // 包含setprecision等格式化操纵符的头文件

using namespace std;

int main() {
    // 1. 基本使用：拼接字符串
    ostringstream oss1;
    oss1 << "姓名：" << "张三" 
         << "，年龄：" << 20 
         << "，成绩：" << 95.5;
    string info = oss1.str();  // 通过str()获取字符串
    cout << "拼接结果：" << info << endl;

    // 2. 格式化数字转字符串
    int num = 123;
    double pi = 3.1415926;
    
    ostringstream oss2;
    oss2 << "整数转字符串：" << num << endl
         << "浮点数保留2位小数：" << fixed << setprecision(2) << pi;
    cout << "\n格式化结果：\n" << oss2.str() << endl;

    // 3. 清空字符串流（两种方式）
    oss2.str("");  // 方式1：重置内部字符串
    oss2.clear();  // 重置流状态（重要！否则之前的错误状态会保留）
    
    oss2 << "重置后：" << hex << num;  // 十六进制输出123
    cout << "\n重置后结果：" << oss2.str() << endl;

    return 0;
}

#include <iostream>
#include <fstream>

using namespace std;

int main() {
    // 1. 控制台输入流（全局对象cin）
    int num;
    cout << "请输入一个整数：";
    cin >> num;
    cout << "你输入的是：" << num << endl;

    // 2. 文件输入流构造方式1：默认构造+open()
    ifstream ifs1;
    ifs1.open("input1.txt");  // 默认模式ios::in
    if (ifs1.is_open()) {
        string line;
        getline(ifs1, line);  // 读取一行
        cout << "ifs1读取内容：" << line << endl;
        ifs1.close();
    } else {
        cerr << "ifs1打开文件失败！" << endl;
    }

    // 3. 文件输入流构造方式2：构造函数直接打开
    ifstream ifs2("input2.txt", ios::in | ios::binary);  // 二进制读模式
    if (ifs2) {  // 检查流状态
        char buf[1024];
        ifs2.read(buf, sizeof(buf)-1);  // 留一个位置存结束符
        buf[ifs2.gcount()] = '\0';  // gcount()返回实际读取的字节数
        cout << "ifs2读取字节数：" << ifs2.gcount() << endl;
        cout << "ifs2读取内容：" << buf << endl;
        ifs2.close();
    } else {
        cerr << "ifs2打开文件失败！" << endl;
    }

    return 0;
}

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

int main() {
    cout << "请输入姓名、年龄、身高（用空格分隔）：";
    
    string name;
    int age;
    double height;

    // 提取运算符会自动跳过空白字符
    cin >> name >> age >> height;

    // 输出读取结果
    cout << "\n你输入的信息：" << endl;
    cout << "姓名：" << name << endl;
    cout << "年龄：" << age << endl;
    cout << "身高：" << height << "m" << endl;

    // 注意：提取运算符遇到空白字符停止，适合读取结构化数据
    // 如需读取含空格的字符串，需用getline()
    cout << "\n请输入一句话（含空格）：";
    cin.ignore();  // 忽略之前输入留下的换行符
    string sentence;
    getline(cin, sentence);  // 读取一行（含空格）
    cout << "你输入的句子：" << sentence << endl;

    return 0;
}

#include <iostream>
#include <iomanip>

using namespace std;

int main() {
    // 1. 进制转换输入
    int num;
    cout << "请输入一个十六进制数（如1A）：";
    cin >> hex >> num;  // hex设置输入为十六进制
    cout << "转换为十进制：" << dec << num << endl;  // dec恢复十进制输出

    // 2. noskipws：不跳过空白字符
    char c1, c2;
    cout << "\n请输入两个字符（用空格分隔）：";
    cin >> skipws >> c1;  // 默认跳过空格
    cin >> noskipws >> c2;  // 不跳过空格（会读取空格）
    cout << "c1：'" << c1 << "'，ASCII：" << int(c1) << endl;
    cout << "c2：'" << c2 << "'，ASCII：" << int(c2) << endl;

    // 3. 重置为默认状态
    cin >> skipws;
    return 0;
}

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>

using namespace std;

int main() {
    // 1. 控制台输入函数演示
    cout << "请输入一个字符：";
    char c;
    cin.get(c);  // 读取单个字符（包括空格、换行）
    cout << "你输入的字符：'" << c << "'，ASCII：" << int(c) << endl;

    cin.ignore();  // 忽略残留的换行符
    cout << "请输入一行话：";
    char buf[100];
    cin.getline(buf, 100);  // 读取一行到缓冲区
    cout << "你输入的内容：" << buf << endl;

    // 2. 文件输入函数演示
    ifstream ifs("input_func.txt");
    if (!ifs) {
        cerr << "文件打开失败！" << endl;
        return 1;
    }

    // 读取文件内容
    char file_buf[1024];
    ifs.read(file_buf, sizeof(file_buf)-1);  // 读取字节
    streamsize bytes_read = ifs.gcount();  // 获取实际读取的字节数
    file_buf[bytes_read] = '\0';  // 添加结束符
    cout << "\n文件读取字节数：" << bytes_read << endl;
    cout << "文件内容：\n" << file_buf << endl;

    // 获取文件大小（移动到末尾再获取位置）
    ifs.seekg(0, ios::end);  // 移动到文件末尾
    streampos file_size = ifs.tellg();  // 获取当前位置（即文件大小）
    cout << "文件总大小：" << file_size << "字节" << endl;

    ifs.close();
    return 0;
}

#include <iostream>
#include <sstream>
#include <string>

using namespace std;

int main() {
    // 1. 解析结构化字符串
    string data = "张三 20 95.5 男";
    istringstream iss(data);  // 用字符串初始化输入流

    string name;
    int age;
    double score;
    string gender;

    // 从字符串流中提取数据，类似cin
    iss >> name >> age >> score >> gender;
    cout << "解析结果：" << endl;
    cout << "姓名：" << name << endl;
    cout << "年龄：" << age << endl;
    cout << "成绩：" << score << endl;
    cout << "性别：" << gender << endl;

    // 2. 字符串转数字
    string num_str = "12345";
    istringstream num_iss(num_str);
    int num;
    num_iss >> num;
    cout << "\n字符串\"" << num_str << "\"转整数：" << num << endl;

    // 3. 处理CSV格式字符串
    string csv = "2023,12,25";
    istringstream csv_iss(csv);
    int year, month, day;
    char delim;  // 用于接收分隔符','
    csv_iss >> year >> delim >> month >> delim >> day;
    cout << "\nCSV解析结果：" << year << "年" << month << "月" << day << "日" << endl;

    return 0;
}

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>

using namespace std;

int main() {
    // 创建并写入初始内容
    ofstream ofs("io_stream.txt");
    if (!ofs) {
        cerr << "创建文件失败！" << endl;
        return 1;
    }
    ofs << "初始内容：Hello World!\n这是第二行。" << endl;
    ofs.close();

    // 以读写模式打开文件
    fstream fs("io_stream.txt", ios::in | ios::out);
    if (!fs) {
        cerr << "文件打开失败！" << endl;
        return 1;
    }

    // 读取第一行内容
    string first_line;
    getline(fs, first_line);
    cout << "读取第一行：" << first_line << endl;

    // 移动到文件开头并写入新内容（覆盖原有内容）
    fs.seekp(0, ios::beg);  // 设置写位置到开头
    fs << "修改后的第一行";  // 写入内容（长度不足会保留原内容剩余部分）
    
    // 移动到文件末尾追加内容
    fs.seekp(0, ios::end);  // 设置写位置到末尾
    fs << "\n这是追加的内容" << endl;

    // 验证修改结果
    fs.seekg(0, ios::beg);  // 移动读位置到开头
    cout << "\n文件完整内容：" << endl;
    string line;
    while (getline(fs, line)) {  // 循环读取所有行
        cout << line << endl;
    }

    fs.close();
    return 0;
}

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>
#include <vector>
#include <limits>  // 新增：包含numeric_limits所需的头文件

using namespace std;

// 银行账户类
class BankAccount {
private:
    string accountId;  // 账号
    string name;       // 姓名
    double balance;    // 余额

public:
    // 构造函数
    BankAccount(string id = "", string n = "", double b = 0.0)
        : accountId(id), name(n), balance(b) {}

    // 存款
    void deposit(double amount) {
        if (amount > 0) {
            balance += amount;
            cout << "存款成功！存入金额：" << amount << endl;
        } else {
            cout << "存款金额必须为正数！" << endl;
        }
    }

    // 取款
    bool withdraw(double amount) {
        if (amount <= 0) {
            cout << "取款金额必须为正数！" << endl;
            return false;
        }
        if (amount > balance) {
            cout << "余额不足！当前余额：" << balance << endl;
            return false;
        }
        balance -= amount;
        cout << "取款成功！取出金额：" << amount << endl;
        return true;
    }

    // 显示账户信息
    void showInfo() const {
        cout << "\n===== 账户信息 =====" << endl;
        cout << "账号：" << accountId << endl;
        cout << "姓名：" << name << endl;
        cout << "余额：" << balance << "元" << endl;
        cout << "====================" << endl;
    }

    // 保存账户信息到文件（友元函数）
    friend ofstream& operator<<(ofstream& ofs, const BankAccount& acc) {
        ofs << acc.accountId << endl;
        ofs << acc.name << endl;
        ofs << acc.balance << endl;
        return ofs;
    }

    // 从文件读取账户信息
    friend ifstream& operator>>(ifstream& ifs, BankAccount& acc) {
        ifs >> acc.accountId;
        ifs >> acc.name;
        ifs >> acc.balance;
        // 忽略行尾的换行符（需要#include <limits>）
        ifs.ignore(numeric_limits<streamsize>::max(), '\n');
        return ifs;
    }

    // 获取账号（用于查找）
    string getAccountId() const { return accountId; }
};

// 账户管理类
class AccountManager {
private:
    vector<BankAccount> accounts;  // 账户集合
    string filename;               // 保存文件名称

public:
    // 构造函数：指定保存文件
    AccountManager(string fn) : filename(fn) {
        loadAccounts();  // 初始化时加载账户
    }

    // 加载账户信息
    void loadAccounts() {
        ifstream ifs(filename);
        if (!ifs) {
            cout << "首次运行，未找到账户文件，将创建新文件。" << endl;
            return;
        }

        BankAccount acc;
        while (ifs >> acc) {  // 循环读取所有账户
            accounts.push_back(acc);
        }
        cout << "成功加载 " << accounts.size() << " 个账户信息。" << endl;
    }

    // 保存账户信息
    void saveAccounts() {
        ofstream ofs(filename);
        if (!ofs) {
            cerr << "保存账户失败！" << endl;
            return;
        }

        for (const auto& acc : accounts) {
            ofs << acc;  // 使用重载的<<运算符
        }
        cout << "成功保存 " << accounts.size() << " 个账户信息。" << endl;
    }

    // 添加账户
    void addAccount(const BankAccount& acc) {
        accounts.push_back(acc);
        saveAccounts();  // 立即保存
    }

    // 查找账户
    BankAccount* findAccount(const string& id) {
        for (auto& acc : accounts) {
            if (acc.getAccountId() == id) {
                return &acc;
            }
        }
        return nullptr;
    }

    // 显示所有账户
    void showAllAccounts() {
        if (accounts.empty()) {
            cout << "暂无账户信息！" << endl;
            return;
        }
        cout << "\n===== 所有账户信息 =====" << endl;
        for (const auto& acc : accounts) {
            acc.showInfo();
        }
    }
};

// 主函数：菜单交互
int main() {
    AccountManager manager("bank_accounts.txt");
    int choice;

    do {
        cout << "\n===== 银行账户管理系统 =====" << endl;
        cout << "1. 添加账户" << endl;
        cout << "2. 查找账户" << endl;
        cout << "3. 存款" << endl;
        cout << "4. 取款" << endl;
        cout << "5. 显示所有账户" << endl;
        cout << "0. 退出" << endl;
        cout << "请选择操作：";
        cin >> choice;

        switch (choice) {
            case 1: {
                string id, name;
                double balance;
                cout << "请输入账号：";
                cin >> id;
                cout << "请输入姓名：";
                cin >> name;
                cout << "请输入初始余额：";
                cin >> balance;
                manager.addAccount(BankAccount(id, name, balance));
                break;
            }
            case 2: {
                string id;
                cout << "请输入要查找的账号：";
                cin >> id;
                BankAccount* acc = manager.findAccount(id);
                if (acc) {
                    acc->showInfo();
                } else {
                    cout << "未找到账号为 " << id << " 的账户！" << endl;
                }
                break;
            }
            case 3: {
                string id;
                double amount;
                cout << "请输入账号：";
                cin >> id;
                BankAccount* acc = manager.findAccount(id);
                if (acc) {
                    cout << "请输入存款金额：";
                    cin >> amount;
                    acc->deposit(amount);
                    manager.saveAccounts();  // 保存修改
                } else {
                    cout << "未找到账号为 " << id << " 的账户！" << endl;
                }
                break;
            }
            case 4: {
                string id;
                double amount;
                cout << "请输入账号：";
                cin >> id;
                BankAccount* acc = manager.findAccount(id);
                if (acc) {
                    cout << "请输入取款金额：";
                    cin >> amount;
                    if (acc->withdraw(amount)) {
                        manager.saveAccounts();  // 保存修改
                    }
                } else {
                    cout << "未找到账号为 " << id << " 的账户！" << endl;
                }
                break;
            }
            case 5:
                manager.showAllAccounts();
                break;
            case 0:
                cout << "谢谢使用，再见！" << endl;
                break;
            default:
                cout << "无效选择，请重新输入！" << endl;
        }
    } while (choice != 0);

    return 0;
}

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <sstream>
#include <string>
#include <locale>  // 用于本地化设置

using namespace std;

int main() {
    // 设置本地化（支持中文等宽字符）
    setlocale(LC_ALL, "");  // Windows使用"chs"，Linux/macOS使用"zh_CN.UTF-8"

    // 1. 宽字符控制台输出
    wcout << L"===== 宽字符控制台输出 =====" << endl;
    wchar_t wch = L'中';  // 宽字符用L前缀
    wstring wstr = L"宽字符串：Hello 世界！";  // 宽字符串用L前缀
    wcout << L"单个宽字符：" << wch << endl;
    wcout << L"宽字符串：" << wstr << endl << endl;

    // 2. 宽字符文件操作
    wofstream wofs("wide_char.txt");
    if (wofs) {
        wofs << L"写入宽字符文件：你好，C++宽流！" << endl;
        wofs << L"数字：123，字符：π" << endl;  // 可写入特殊字符
        wofs.close();
        wcout << L"宽字符文件写入完成！" << endl;
    } else {
        wcerr << L"宽字符文件打开失败！" << endl;
    }

    // 读取宽字符文件
    wifstream wifs("wide_char.txt");
    if (wifs) {
        wcout << endl << L"读取宽字符文件内容：" << endl;
        wstring wline;
        while (getline(wifs, wline)) {  // 宽字符getline
            wcout << wline << endl;
        }
        wifs.close();
    }

    // 3. 宽字符串流
    wstringstream wss;
    wss << L"宽字符串流拼接：" << wstr << L" 长度：" << wstr.size();
    wcout << endl << L"宽字符串流结果：" << wss.str() << endl;

    return 0;
}

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>

using namespace std;

// 可串行化的学生类
class Student {
private:
    int id;
    string name;  // 注意：string内部有指针，需特殊处理
    float score;

public:
    Student(int i = 0, string n = "", float s = 0.0f)
        : id(i), name(n), score(s) {}

    // 显示信息
    void show() const {
        cout << "学号：" << id << "，姓名：" << name << "，成绩：" << score << endl;
    }

    // 串行化（保存对象到文件）
    void serialize(ofstream& ofs) const {
        // 1. 写入基本类型
        ofs.write(reinterpret_cast<const char*>(&id), sizeof(id));
        
        // 2. 写入string：先写长度，再写内容
        size_t name_len = name.size();
        ofs.write(reinterpret_cast<const char*>(&name_len), sizeof(name_len));
        ofs.write(name.c_str(), name_len);  // 写入字符串内容
        
        // 3. 写入基本类型
        ofs.write(reinterpret_cast<const char*>(&score), sizeof(score));
    }

    // 反串行化（从文件恢复对象）
    void deserialize(ifstream& ifs) {
        // 1. 读取基本类型
        ifs.read(reinterpret_cast<char*>(&id), sizeof(id));
        
        // 2. 读取string：先读长度，再读内容
        size_t name_len;
        ifs.read(reinterpret_cast<char*>(&name_len), sizeof(name_len));
        char* name_buf = new char[name_len + 1];
        ifs.read(name_buf, name_len);
        name_buf[name_len] = '\0';
        name = name_buf;
        delete[] name_buf;  // 释放临时缓冲区
        
        // 3. 读取基本类型
        ifs.read(reinterpret_cast<char*>(&score), sizeof(score));
    }
};

int main() {
    // 创建对象
    Student s1(1001, "张三", 95.5f);
    Student s2(1002, "李四", 88.0f);
    cout << "原始对象：" << endl;
    s1.show();
    s2.show();

    // 串行化对象到文件
    ofstream ofs("students_serialize.dat", ios::binary);
    if (ofs) {
        s1.serialize(ofs);
        s2.serialize(ofs);
        ofs.close();
        cout << "\n对象串行化完成！" << endl;
    } else {
        cerr << "文件打开失败！" << endl;
        return 1;
    }

    // 反串行化恢复对象
    Student s3, s4;
    ifstream ifs("students_serialize.dat", ios::binary);
    if (ifs) {
        s3.deserialize(ifs);
        s4.deserialize(ifs);
        ifs.close();
        cout << "\n反串行化恢复对象：" << endl;
        s3.show();
        s4.show();
    } else {
        cerr << "文件打开失败！" << endl;
        return 1;
    }

    return 0;
}