《C++ 開發從入門到精通》——2.4 輸入輸出基礎

本節書摘來自異步社群出版社《c++ 開發從入門到精通》一書中的第2章，第2.4節，作者： 王石磊 , 韓海玲，更多章節内容可以通路雲栖社群“異步社群”公衆号檢視。

1 知識點講解：CD光牒:視訊ppt講解（知識點）第2章輸入輸出基礎.mp4

c++并沒有直接定義進行輸入或輸出（io）的任何語句，而是由标準庫（standard library）提供，io庫為程式員提供了大量的工具。然而對于許多應用來說，包括本書的例子而言，程式設計者隻需要了解一些基本概念和操作。本書中的大多數例子都使用了處理格式化輸入和輸出的iostream庫。iostream庫的基礎是兩種命名為istream和ostream的類型，分别表示輸入流和輸出流。流是指要從某種io裝置上讀入或寫出的字元序列。術語“流”試圖說明字元是随着時間順序生成或消耗的。在本節的内容中，将簡要講解c++實作輸入和輸出的基本知識。

标準庫定義了4個io對象。處理輸入時使用命名為cin（讀作see-in）的istream類型對象。這個對象也叫作标準輸入（standard input）。處理輸出時使用命名為cout（讀作see-out）的ostream類型對象，這個對象也稱為标準輸出（standard output）。标準庫還定義了另外兩個ostream對象，分别命名為cerr和clog（分别讀作“see-err”和“see-log”）。cerr對象又叫作标準錯誤（standard error），通常用來輸出警告和錯誤資訊給程式的使用者。而clog對象用于産生程式執行的一般資訊。

在一般情況下，系統将這些對象與執行程式的視窗聯系起來。這樣，當我們從cin讀入時，資料從執行程式的視窗讀入，當寫到cout、cerr或clog時，輸出寫至同一視窗。運作程式時，大部分作業系統都提供了重定向輸入或輸出流的方法。利用重定向可以将這些流與所選擇的檔案聯系起來。

到目前為止，我們已經明白如何編譯與執行簡單的程式，雖然那個程式什麼也不做。在接下來的内容中，我們先來看一看應該如何實作把兩數相加的處理代碼。我們可以使用io庫來擴充main程式，實作輸出使用者給出的兩個數的和的功能，具體代碼如下。

在上述代碼中，首先在使用者螢幕上顯示提示語“輸入兩個數字：”，輸入後按下Enter鍵，将輸出兩者的和。程式的第一行是一個預處理訓示。

<code>#include &lt;iostream&gt;</code>

功能是告訴編譯器要使用iostream庫。尖括号裡的名字是一個頭檔案。當程式使用庫工具時必須包含相關的頭檔案。#include指令必須單獨寫成一行——頭檔案名和#include必須在同一行。通常，#include指令應出現在任何函數的外部。而且習慣上，程式的所有#include訓示都在檔案開頭部分出現。

main函數體中第一條語句執行了一個表達式（expression）。c++中，一個表達式由一個或幾個操作數和通常是一個操作符組成。該語句的表達式使用輸出操作符（&lt;&lt;操作符），在标準輸出上輸出如下提示語。

<code>std::cout &lt;&lt; "enter two numbers:" &lt;&lt; std::endl;</code>

上述代碼用了兩次輸出操作符，每個輸出操作符執行個體都接受兩個操作數：左操作數必須是ostream對象，右操作數是要輸出的值。操作符将其右操作數寫到作為其左操作數的ostream對象。

在c++中，每個表達式産生一個結果，通常是将運算符作用到其操作數所産生的值。當操作符是輸出操作符時，結果是左操作數的值。也就是說，輸出操作傳回的值是輸出流本身。

既然輸出操作符傳回的是其左操作數，那麼我們就可以将輸出請求連結在一起。輸出提示語的那條語句等價下面的代碼。

<code>(std::cout &lt;&lt; "enter two numbers:") &lt;&lt; std::endl;</code>

因為（std::cout &lt;&lt; "enter two numbers:"）傳回其左操作數std::cout，這條語句等價下面的代碼。

endl是一個特殊值，稱為操縱符（manipulator），将它寫入輸出流時，具有輸出換行的效果，并重新整理與裝置相關聯的緩沖區（buffer）。通過重新整理緩沖區，保證使用者立即看到寫入到流中的輸出。

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注意：程式員經常在調試過程中插入輸出語句，這些語句都應該重新整理輸出流。忘記重新整理輸出流可能會造成輸出停留在緩沖區中，如果程式崩潰，将會導緻程式錯誤推斷崩潰位置。

細心的讀者會注意到這個程式中使用的是std::cout和std::endl，而不是cout和endl。字首std::表明cout和endl是定義在命名空間（namespace）std中的。命名空間使程式員可以避免與庫中定義的名字相同引起的無意沖突。因為标準庫定義的名字定義在命名空間中，是以我們可以按自己的意圖使用相同的名字。

标準庫使用命名空間的副作用是，當我們使用标準庫中的名字時，必須顯式地表達出使用的是命名空間std下的名字。std::cout的寫法使用了作用域操作符（scope operator，::操作符），表示使用的是定義在命名空間std中的cout。

在輸出提示語後，将讀入使用者輸入的資料。先定義兩個名為v1和v2的變量（variable）來儲存輸入。

<code>int v1, v2;</code>

将這些變量定義為int類型，int類型是一種代表整數值的内置類型。這些變量未初始化（uninitialized），表示沒有賦給它們初始值。這些變量在首次使用時會讀入一個值，是以可以沒有初始值。下一條語句讀取輸入如下。

<code>std::cin &gt;&gt; v1 &gt;&gt; v2;</code>

輸入操作符（&gt;&gt;操作符）行為與輸出操作符相似，功能是接受一個istream對象作為其左操作數，接受一個對象作為其右操作數，它從istream操作數讀取資料并儲存到右操作數中。像輸出操作符一樣，輸入操作符傳回其左操作數作為結果。由于輸入操作符傳回其左操作數，我們可以将輸入請求序列合并成單個語句。換句話說，這個輸入操作等價于下面的代碼。

輸入操作的效果是從标準輸入讀取兩個值，将第一個存放在v1中，第二個存放在v2中。

剩下的就是要輸出結果。

上述代碼雖然比輸出提示語的語句長，但是在概念上沒什麼差別，功能是将每個操作數輸出到标準輸出。有趣的是操作數并不都是同一類型的值，有些操作數是字元串字面值。例如下面的代碼。

<code>"the sum of "</code>

其他是不同的int值，如v1和v2以及對算術表達式v1 + v2求值的結果。iostream庫定義了接受全部内置類型的輸入輸出操作符版本。

注意：在寫c++程式時，大部分出現空格符的地方，可用換行符代替。這條規則的一個例外是字元串字面值中的空格符不能用換行符代替。另一個例外是換行符不允許出現在預處理訓示中。