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C++ 输入输出

C++中的输入输出操作是与用户交互和处理数据的基础。无论是从键盘读取数据，还是向屏幕输出结果，或者是与文件进行交互，掌握输入输出是编程的第一步。

输入输出流概述​

在C++中，输入输出操作通过流（stream）来实现。流是一种抽象，它代表了数据的来源或目的地。C++提供了多种流类型，它们都包含在<iostream>头文件中：

  • cin：标准输入流，通常连接到键盘
  • cout：标准输出流，通常连接到屏幕
  • cerr：标准错误流，用于输出错误信息
  • clog：标准日志流，用于输出日志信息

这些流对象都是预定义的，无需创建即可使用。

标准输出 (cout)​

标准输出流 cout 用于向屏幕输出数据。它与 << 运算符（称为插入运算符）一起使用。

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    cout << "Hello, World!" << endl;
    
    int age = 25;
    cout << "I am " << age << " years old." << endl;
    
    double pi = 3.14159;
    cout << "The value of pi is approximately " << pi << endl;
    
    return 0;
}

输出：

Hello, World!
I am 25 years old.
The value of pi is approximately 3.14159
提示

endl 用于插入换行符并刷新输出缓冲区。你也可以使用 '\n' 仅插入换行符。

标准输入 (cin)​

标准输入流 cin 用于从键盘读取用户输入。它与 >> 运算符（称为提取运算符）一起使用。

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int age;
    cout << "请输入您的年龄: ";
    cin >> age;
    cout << "您的年龄是: " << age << " 岁" << endl;
    
    string name;
    cout << "请输入您的姓名: ";
    cin >> name;
    cout << "您好, " << name << "!" << endl;
    
    return 0;
}

假设用户输入：

20
张三

输出：

请输入您的年龄: 20
您的年龄是: 20 岁
请输入您的姓名: 张三
您好, 张三!
警告

使用 cin >> 读取字符串时，它会在遇到空白字符（如空格、制表符、换行符）时停止读取。如果需要读取包含空格的整行文本，应使用 getline() 函数。

读取整行文本 (getline)​

要读取包含空格的整行文本，可以使用 getline() 函数：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

int main() {
    string fullName;
    cout << "请输入您的全名: ";
    
    // 注意：如果之前使用了cin>>，需要先清除缓冲区
    // cin.ignore(numeric_limits<streamsize>::max(), '\n');
    
    getline(cin, fullName);
    cout << "您好, " << fullName << "!" << endl;
    
    return 0;
}

假设用户输入：

张三 李四

输出：

请输入您的全名: 张三 李四
您好, 张三 李四!

输入输出的混合使用​

在同一程序中混合使用不同的输入方法时，需要特别注意缓冲区问题：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

int main() {
    int age;
    string name, description;
    
    cout << "请输入您的年龄: ";
    cin >> age;
    
    cout << "请输入您的姓名: ";
    // 清除之前输入可能留下的换行符
    cin.ignore();
    getline(cin, name);
    
    cout << "请简单介绍一下自己: ";
    getline(cin, description);
    
    cout << "\n个人信息摘要:" << endl;
    cout << "年龄: " << age << endl;
    cout << "姓名: " << name << endl;
    cout << "介绍: " << description << endl;
    
    return 0;
}

格式化输出​

C++提供了多种方法来格式化输出，使其更加美观和易读。要使用这些功能，需要包含 <iomanip> 头文件。

#include <iostream>
#include <iomanip> // 用于格式控制
using namespace std;

int main() {
    // 设置浮点数精度
    double pi = 3.14159265358979;
    cout << "默认精度的pi: " << pi << endl;
    cout << "精确到2位小数的pi: " << fixed << setprecision(2) << pi << endl;
    
    // 设置字段宽度和对齐
    cout << "\n数字表格:" << endl;
    cout << setw(10) << "数字" << setw(10) << "平方" << setw(10) << "立方" << endl;
    
    for(int i = 1; i <= 5; i++) {
        cout << setw(10) << i 
             << setw(10) << i*i 
             << setw(10) << i*i*i << endl;
    }
    
    // 设置填充字符
    cout << "\n使用不同的填充字符:" << endl;
    cout << setfill('-') << setw(30) << "" << setfill(' ') << endl;
    
    // 设置进制
    int num = 255;
    cout << "十进制: " << dec << num << endl;
    cout << "十六进制: 0x" << hex << uppercase << num << endl;
    cout << "八进制: 0" << oct << num << endl;
    
    return 0;
}

输出：

默认精度的pi: 3.14159
精确到2位小数的pi: 3.14

数字表格:
      数字      平方      立方
         1         1         1
         2         4         8
         3         9        27
         4        16        64
         5        25       125

使用不同的填充字符:
------------------------------
十进制: 255
十六进制: 0xFF
八进制: 0377

文件输入输出​

除了标准输入输出外，C++还支持文件输入输出操作。这需要包含 <fstream> 头文件。

写入文件​

#include <iostream>
#include <fstream>
using namespace std;

int main() {
    // 打开文件进行写入
    ofstream outFile("example.txt");
    
    // 检查文件是否成功打开
    if (!outFile.is_open()) {
        cerr << "无法打开文件进行写入" << endl;
        return 1;
    }
    
    // 写入数据到文件
    outFile << "这是第一行文本。" << endl;
    outFile << "这是第二行文本。" << endl;
    
    int num = 42;
    double pi = 3.14159;
    
    outFile << "数字: " << num << endl;
    outFile << "圆周率: " << pi << endl;
    
    // 关闭文件
    outFile.close();
    
    cout << "数据已成功写入文件！" << endl;
    
    return 0;
}

读取文件​

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>
using namespace std;

int main() {
    // 打开文件进行读取
    ifstream inFile("example.txt");
    
    // 检查文件是否成功打开
    if (!inFile.is_open()) {
        cerr << "无法打开文件进行读取" << endl;
        return 1;
    }
    
    string line;
    cout << "文件内容:" << endl;
    
    // 逐行读取文件内容
    while (getline(inFile, line)) {
        cout << line << endl;
    }
    
    // 关闭文件
    inFile.close();
    
    return 0;
}

字符串流​

C++还提供了字符串流，用于在内存中进行输入输出操作，需要包含 <sstream> 头文件。

#include <iostream>
#include <sstream>
#include <string>
using namespace std;

int main() {
    // 字符串输出流
    ostringstream oss;
    
    // 向字符串流写入数据
    int id = 101;
    string name = "张三";
    double score = 95.5;
    
    oss << "学号: " << id << ", 姓名: " << name << ", 分数: " << score;
    
    // 获取字符串流中的内容
    string studentInfo = oss.str();
    cout << "学生信息: " << studentInfo << endl;
    
    // 字符串输入流
    string data = "123 3.14 Hello";
    istringstream iss(data);
    
    // 从字符串流读取数据
    int intValue;
    double doubleValue;
    string stringValue;
    
    iss >> intValue >> doubleValue >> stringValue;
    
    cout << "整数: " << intValue << endl;
    cout << "浮点数: " << doubleValue << endl;
    cout << "字符串: " << stringValue << endl;
    
    return 0;
}

输出：

学生信息: 学号: 101, 姓名: 张三, 分数: 95.5
整数: 123
浮点数: 3.14
字符串: Hello

实际应用案例：学生成绩管理系统​

以下是一个简单的学生成绩管理系统，展示了C++输入输出在实际应用中的使用：

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>
#include <vector>
#include <iomanip>
using namespace std;

// 学生结构体
struct Student {
    string name;
    int id;
    vector<double> scores;
    double average;
};

// 计算平均分
double calculateAverage(const vector<double>& scores) {
    double sum = 0;
    for (double score : scores) {
        sum += score;
    }
    return sum / scores.size();
}

// 显示学生信息
void displayStudent(const Student& student) {
    cout << setw(10) << student.id 
         << setw(15) << student.name 
         << setw(10) << fixed << setprecision(2) << student.average;
    
    for (double score : student.scores) {
        cout << setw(8) << score;
    }
    cout << endl;
}

// 显示所有学生
void displayAllStudents(const vector<Student>& students) {
    cout << "\n----- 学生成绩表 -----\n" << endl;
    cout << setw(10) << "学号" << setw(15) << "姓名" << setw(10) << "平均分";
    
    for (int i = 1; i <= students[0].scores.size(); i++) {
        cout << setw(8) << "科目" + to_string(i);
    }
    cout << endl;
    
    for (int i = 0; i < 50; i++) cout << "-";
    cout << endl;
    
    for (const Student& student : students) {
        displayStudent(student);
    }
}

// 保存学生信息到文件
void saveToFile(const vector<Student>& students, const string& filename) {
    ofstream outFile(filename);
    
    if (!outFile.is_open()) {
        cerr << "无法打开文件进行写入: " << filename << endl;
        return;
    }
    
    for (const Student& student : students) {
        outFile << student.id << "," << student.name << ",";
        
        for (double score : student.scores) {
            outFile << score << ",";
        }
        
        outFile << student.average << endl;
    }
    
    outFile.close();
    cout << "数据已成功保存到文件: " << filename << endl;
}

int main() {
    vector<Student> students;
    int subjectCount;
    
    cout << "欢迎使用学生成绩管理系统\n" << endl;
    cout << "请输入科目数量: ";
    cin >> subjectCount;
    
    while (true) {
        cout << "\n1. 添加学生\n"
             << "2. 显示所有学生\n"
             << "3. 保存到文件\n"
             << "4. 退出\n"
             << "请选择操作: ";
        
        int choice;
        cin >> choice;
        
        if (choice == 1) {
            Student student;
            student.scores.resize(subjectCount);
            
            cout << "请输入学生学号: ";
            cin >> student.id;
            
            cin.ignore(); // 清除缓冲区的换行符
            cout << "请输入学生姓名: ";
            getline(cin, student.name);
            
            for (int i = 0; i < subjectCount; i++) {
                cout << "请输入科目 " << i + 1 << " 的成绩: ";
                cin >> student.scores[i];
            }
            
            student.average = calculateAverage(student.scores);
            students.push_back(student);
            
            cout << "学生信息添加成功！" << endl;
        }
        else if (choice == 2) {
            if (students.empty()) {
                cout << "没有学生记录！" << endl;
            } else {
                displayAllStudents(students);
            }
        }
        else if (choice == 3) {
            if (students.empty()) {
                cout << "没有学生记录可保存！" << endl;
            } else {
                string filename;
                cout << "请输入文件名: ";
                cin >> filename;
                saveToFile(students, filename);
            }
        }
        else if (choice == 4) {
            cout << "感谢使用学生成绩管理系统，再见！" << endl;
            break;
        }
        else {
            cout << "无效的选择，请重新输入！" << endl;
        }
    }
    
    return 0;
}

总结​

C++的输入输出系统通过流的概念提供了灵活且强大的数据传输机制。通过本教程，我们学习了：

  1. 标准输入输出流（cin、cout）的基本使用
  2. 读取整行文本（getline）
  3. 输出格式控制
  4. 文件输入输出操作
  5. 字符串流的使用
  6. 一个实际的应用案例

掌握这些基础知识后，你将能够轻松处理C++中的各种输入输出需求。

小贴士

在实际开发中，良好的输入验证和错误处理是非常重要的。总是检查输入是否有效，文件是否成功打开，以提高程序的健壮性。

练习​

  1. 编写一个程序，从用户输入中读取一个整数n，然后读取n个整数存入数组，最后计算并输出它们的平均值。
  2. 编写一个程序，读取一个文本文件，统计其中的字符数、单词数和行数。
  3. 编写一个通讯录程序，允许用户添加、显示和搜索联系人信息，并能将数据保存到文件和从文件中读取。
  4. 修改学生成绩管理系统，添加从文件读取学生信息的功能。

附加资源​

掌握输入输出操作对于几乎所有C++程序都是必不可少的，通过持续练习，你会发现这些知识在日常编程中的广泛应用。