第8章 IO库
IO类
IO库类型和头文件
头文件：类
iostream（控制台的IO）：istream ostream iostream
fstream（命名文件的IO）：ifstream ofstream fstream
sstream（内存string对象的IO）：istringstream ostringstream stringstream
PS：
ifstream、istringstream继承自istream；
ofstream、ostringstream继承自ostream；
通常可以将一个派生类对象当作其基类对象来使用，例如可以对ifstream对象使用IO运算符（>>和<<）或getline等。
IO对象无拷贝和赋值
由于不能拷贝IO对象，因此不能将形参或返回类型设置为流类型；
进行IO操作的函数通常以引用的方式传递和返回流；
读写一个IO对象会改变其状态，因此传递和返回的引用不能是const的。
条件状态
IO类定义了一些函数和标志，以访问和操纵流的条件状态（condition state）。
以下strm表示某种IO类型（istream等），s是某个流对象
strm::iostate iostate是一种机器相关的类型，提供了表达条件状态的完整功能
strm::badbit 用来指出流已崩溃
strm::failbit 用来指出一个IO操作失败了
strm::eofbit 用来指出流达到了文件结束
strm::goodbit 用来指出流未处于错误状态（此值保证为0）
s.eof() 若流s的eofbit置位，则返回true
s.bad() 若流s的badbit置位，则返回true
s.good() 若流s处于有效状态，则返回true
s.clear() 将流s中所有条件状态位复位，将流的状态设置为有效（goodbit也复位了）；返回void
s.clear(flags) 根据给定的flags标志位，将流s中对应条件状态位复位；flags的类型为strm::iostate；返回void
s.setstate(flags) 根据给定的flags标志位，将流s中对应条件状态位置位；flags的类型为strm::iostate；返回void
s.rdstate() 返回流s的当前条件状态，返回值类型为strm::iostate
流的条件状态位
badbit表示系统级错误，如不可恢复的读写错误。一旦badbit被置位流就无法再使用了；
当badbit被置位时，或者在发生可恢复错误后，failbit会被置位，如期望读取数值却读到一个字符等错误。这种错误可以修正，流还可以继续使用；
如果达到文件结束位置，eofbit和failbit都被置位；
当流未发生错误，goodbit保持为0；
如果badbit、failbit、eofbit任一被置位，则检测流状态的条件会失败；
例如 while(cin>>val) 在读到文件结束时终止循环。
流的条件状态查询函数
所有错误位均未置位时，good返回true（注意：此时goodbit为0而不是1）；
bad、fail、eof在特定的对应错误位被置位时返回true（注意：badbit或eofbit被置位时，failbit也会被置位，所以fail也会返回true）；
可见：good或fail是确定流的总体状态的方法。
例如
实际上 while(cin>>val)
就等价于 while(cin>>val && cin.good())
或 while(cin>>val && !cin.fail())
管理输出缓冲
每个输出流都管理一个缓冲区；
由于设备的写操作可能很耗时，允许操作系统将多个输出操作暂存在缓冲区，然后组合为单一的设备写操作，可以带来很大的性能提升。
缓冲区刷新即：数据真正写到输出设备或文件
导致缓冲区刷新的原因：
程序正常结束；（实际上，缓冲刷新是main函数return操作的一部分；程序异常终止时输出缓冲区不会被刷新）
缓冲区满；
使用操纵符endl显式刷新缓冲区；
写到cerr；（在每个输出操作之后，可以用操纵符unitbuf设置流的内部状态，来清空缓冲区；而默认情况下，对流对象cerr是设置unitbuf的，因此写到cerr的内容都是立即刷新的）
一个输出流被关联到了另一个流的情况；（例如，默认情况下，cin和cerr都关联到cout，因此，读cin或写cerr都会导致cout的缓冲区被刷新）
刷新输出缓冲区
以下操纵符需出现在某个输出操作之后。（cout、cerr等）
endl：换行并刷新缓冲区
flush：仅刷新缓冲区
ends：向缓冲区插入一个空格符，再刷新缓冲区
unitbuf操纵符
如果想在每次输出操作后系统都自动刷新缓冲区，可以使用unitbuf操纵符；
unitbuf告诉流在接下来的每次写操作之后都自动进行一次flush操作。
cout << unitbuf;
cout << nounitbuf; //回到正常的缓冲方式
关联输入和输出流
当一个输入流被关联到一个输出流时，使用该输入流的操作时会先刷新关联的输出流。
标准库将cin与cout关联在一起。
tie函数
tie函数有两个重载的版本：
一个版本不带参数，返回指向输出流的指针。如果本对象当前关联到一个输出流，则返回指向该输出流的指针；如果本对象未关联到流，则返回空指针。
另一个版本接受一个指向ostream的指针，将自己关联到此ostream。
例如：
ostream* old_tie = cin.tie(); //old_tie指向当前关联到cin的流（系统默认是cout）
cin.tie(&cerr); //将cin与cerr关联
cin.tie(nullptr); //解除cin与任何流的关联
cin.tie(old_tie); //重建cin与cout的关联
PS：
可以将一个istream关联到一个ostream，也可以将一个ostream关联到另一个ostream；
每个流最多关联到一个流，多个流可以同时关联到同一个ostream。
文件输入输出
头文件fstream定义了三个类型来支持文件IO：
ifstream：读文件
ofstream：写文件
fstream：读写文件（将在第17章讨论）
除了继承自iostream类型的>>、<<、getline等行为之外，fstream中定义的类型有其特有的管理与流关联的文件的成员。
fstream特有的操作：
fstream fs 创建一个未绑定的文件流；fstream是头文件fstream中定义的一种类型
fstream fs(s) 创建一个fstream，并打开（此时open会自动被调用）名为s的文件；s可以是string类型或者指向C风格字符串的指针（C++11之前只允许C风格的字符数组）；这些构造函数数都是explicit（第7章）的；默认的文件模式mode依赖于fstream的类型
fstream fs(s, mode) 与前一个构造函数类似，但按指定mode打开文件
fs.open(s) 打开名为s的文件，并将文件与fs绑定；默认的文件mode依赖于fstream的类型；返回void
fs.close() 关闭与fs绑定的文件；返回void
fs.is_open() 返回bool值；指出与fs关联的文件是否成功打开尚且未关闭
用fstream代替iostream&
在要求使用基类对象的地方，我们可以用继承类型的对象来替代；
这意味着，接受一个iostream类型引用（或指针）参数的函数，可以用一个对应的fstream（或sstream）类型来调用；
例如，如果有一个函数接受一个ostream&参数，调用这个函数时，可以传给它一个ofstream对象；（isstream&和ifstream也类似）
成员函数open和close
如果调用open失败，failbit会被置位；
fs.open(s);
if(fs) //如果open失败，则条件为假
对一个已经打开的文件流调用open会失败，并导致failbit被置位，随后的文件流操作也都会失败；为了将文件流关联到另一个文件，必须首先关闭已关联的文件。
fs.close();
若open成功，则open会设置流的状态，使得good()为true。
当一个fstream对象被销毁时，close会自动被调用。
文件模式（file mode）
in 读
out 写
app 每次写操作前均定位到文件尾
ate 打开文件后立即定位到文件尾
trunc 截断文件
binary 以二进制方式进行IO
文件模式规则：
（1）只可对ofstream或fstream对象设定out模式；
（2）只可对ifstream或fstream对象设定in模式；
（3）只有当out被设定时才可设定trunc模式；
（4）只要trunc未被设定，就可以设定app模式；在app模式下，即使没有显式设定out，文件也总是以输出方式被打开；
（5）默认情况下，即使未设定trunc，以out模式打开的文件也会被截断；为了保留以out模式打开的文件内容，必须同时指定app模式，这样就会将数据追加到文件尾；或者同时指定in模式，同时进行读写操作（第17章）；
（6）ate和binary模式可用于任何类型的文件流对象，且可与其它任何文件模式组合使用；
当未显式指定文件模式时，各文件流类型的默认模式：
ifstream：in
ofstream：out
fstream：in和out
一些例子：
ofstream out(s1); //默认为out模式，文件被截断
ofstream out2(s1, ofstream::out); //显式指定out，会隐式地截断文件（参考“文件模式规则”：第5条）
ofstream out3(s1, ofstream::out | ofstream::trunc); //显式截断文件（只有out也被设定，trunc才能被设定；参考“文件模式规则”：第3条）
ofstream app(s2，ofstream::app); //隐式地设定了out
ofstream app2(s2，ofstream::out | ofstream::app); //与上一条等价
PS：以上是在初始化流并隐式打开文件时指定文件模式，此外在使用open打开文件时也同样可以指定文件模式。
string流
sstream头文件定义了三个类型来支持内存IO：
istringstream：从string读取数据
ostringstream：向string写入数据
stringstream：可从string读取数据，或向string写入数据
除了继承自iostream头文件的>>、<<、getline等操作，sstream头文件定义的类有其特有操作：
sstream st st是一个未绑定的stringstream对象；sstream是头文件sstream中定义的某个类型
sstream st(s) st是一个sstream对象，保存string s的一个拷贝；此构造函数时explicit（第7章）的
st.str() 返回st所保存的string的拷贝
st.str(s) 将string s拷贝到st中；返回void
使用istringstream
例子：
string line, word;
while(getline(cin, line)) //读取一行
{
istringstream iss(line); //将string流iss绑定到读入的一行line（流对象iss中存有line的一个拷贝）
while(iss>>word) //使用输入运算符从iss流中依次读取各个字符串
cout<<word<<endl;
}
问题：若将istringstream对象定义在循坏之外程序还能完成之前的功能吗？
string line, word;
istringstream iss;
while(getline(cin, line))
{
iss.str(line); //调用str函数将流iss绑定到line（流对象iss中存有line的一个拷贝）
while(iss>>word)
cout<<word<<endl;
//iss.clear();
}
不能。程序只会成功读取并处理文件中的第一行就终止了。
原因：当string流中的数据全部读出后，同样会触发“文件结束”信号，此时流iss不在有效了。
改正：可在某次使用完流之后调用clear函数使所有条件状态位复位，使其重新恢复有效状态。
使用ostringstream
例子：
ostringstream oss;
string word;
while(cin>>word)
oss << word << " ";
cout<< oss.str() <<endl;
以上程序完成的事情是：依次读取所有输入的单词，并将单词“写入”到oss流对象，最后使用str函数将oss流对象包含的string以一行打印出来。（PS：最后也有一个空格）