cout、cin等的本質

此文轉載於https://www.cnblogs.com/honkly/p/3724647.html
我個人認爲寫的很好,很透徹從原理各方面來詳細闡述了iostream。

VC中頭文件爲:#include <iostream.h>
這個在c中沒有。是C++引進的。
cout<頭文件#include中printf()類似。
只是不需要標明數據類型。
endl就是end of line的意思。
honly:爲避免ElemType的類型變化的影響,用cout取代printf()。注意結尾要加endl。
比如ElemTypede的類型發生變化,相應的printf()中的輸出格式控制符必須進行相應的改變,否則會發生錯誤,因此用cout輸出。
1、\n與endl區別在於:
\n只代表換行的轉義字符
endl除了代表換行,還緊跟着清出緩衝槽
2、接下來我們看一下具體內容的辨析:
要明白\n和endl的區別,首先要明白一個概念:輸出流。
目前輸出流的類型很多,有對文件作爲目標輸出的,有對顯示屏(Console間接輸出)進行輸出的。也有輸出到其他抽象結構的。
cout的意思是console-output:控制檯輸出.

1使用範例編輯

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
int a;
cout<<"請輸入一個數字,按回車結束"<<endl;
cin>> a;
cout<<a<<endl;
return 0;
}
用戶輸入的數字由cin保存於變量a中,並通過cout輸出。
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
cout<<"Hello,World!"<<endl;
return 0;
} // Hello World 示例

2案例分析編輯

由於以前學過C,所以這段代碼的其它部分在我看來都還算“正常”,然而cout卻很獨特:既不是函數,似乎也不是C++特別規定出來的像if,for一類有特殊語法的“語句”。由於只是初步介紹,所以那本書只是簡單的說cout是C++中的“標準輸入輸出流”對象……這對於我而言實在是一個很深奧的術語。這還沒完,之後又遇見了cin……因爲不知底細,從此使用它們的時候都誠惶誠恐,幾欲逃回C時代那簡明的printf(),畢竟好歹我可以說:我在調用的是一個函數。那有着一長串<<、>>的玩意,究竟算怎麼回事呢?我一直想把它們當作關鍵字,可偏偏不是,而且居然是用C++語言“做”出來的,呵!但printf()用多了就開始有人好心地批判我的程序“C語言痕跡過重”……
後來隨着學習的深入,總算大概明白了cout/cin/cerr/...的鬼把戲:那些東東不過是變着法兒“哄人”,其實說到底還是函數調用,不過這函數有些特殊,用的是運算符重載,確切地說(以下還是以cout爲例)是重載了“<<”運算符。我們就讓它現出函數的本來面目,請看HelloWorld!的等效版本:
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
cout.operator<<("Hello,World!");
cout.operator<<(endl);
return 0;
}
編譯運行,結果與經典版無二。上面程序應該更容易理解了:cout是一個iostream類的對象,它有一個成員運算符函數operator<<,每次調用的時候就會向輸出設備(一般就是屏幕啦)輸出東東。嗯,這裏有一個問題:爲什麼函數operator<<能夠接受不同類型的數據,如整型浮點型、字符串甚至指針,等等呢?
我想你已經猜到了,沒錯,就是用運算符重載運算符函數與一般函數基本無異,可以任意重載。標準庫的設計者們早已經爲我們定製了iostream::operator<<對於各種C++基本數據類型的重載版本,這才使得我們這些初學者們一上來就享受到cout<<"Hello,World!"<<endl;
cout.operator<<("Hello,World!").operator<<(endl);
纔算“強等效”。究竟可不可以這樣寫?向編譯器確認一下……OK,NoProblem!

3技巧應用編輯

嗯,我們已經基本上看出了cout的實質,不妨動動手,自己來實現一個cout的簡化版(Lite),爲了區分,我們把我們設計的cout對象命名的myout,myout對象所屬的類爲MyOutstream。我們要做的就是爲MyOutstream類重載一系列不同類型的operator<<運算符函數,簡單起見,這裏我們僅實現了對整型(int)與字符串型(char*)的重載。爲了表示與iostream斷絕關係,我們不再用頭文件iostream,而使用古老的stdio中的printf函數進行輸出,程序很簡單,包括完整的main函數,均列如下:
#include//在C和一些古老的C++中是stdio.h,新標準爲了使標準庫
//的頭文件與用戶頭文件區別開,均推薦使用不用擴展名
//的版本,對於原有C庫,不用擴展名時頭文件名前面要加c
class MyOutstream
{
public:
const MyOutstream& operator<<(int value)const;//對整型變量重載
const MyOutstream& operator<<(char* str)const;//對字符串型的重載
};
const MyOutstream& MyOutstream::operator<<(int value)const
{
printf("%d",value);
return *this;//注意這個返回……
}
const MyOutstream& MyOutstream::operator<<(char*str)const
{
printf("%s",str);
return *this;//同樣,這裏也留意一下……
}
MyOutstream myout;//隨時隨地爲我們服務的全局對象myout
int main()
{
int a=2003;
char* myStr="Hello,World!";
myout<<myStr<<"\n";
return 0;
}
我們定義的myout已經初具形態,可以爲我們工作了。程序中的註釋指出兩處要我們特別注意的:即是operator<<函數執行完畢之後,總是返回一個它本身的引用,輸出已經完成,爲何還要多此一舉?
還記得那個有點奇異的cout.operator<<("Hello,World!").operator<<(endl)麼?它能實現意味着我們可以連着書寫
cout<<"Hello,World!"<<endl;
而不是
cout<<"Hello,World!";
cout<<endl;
爲何它可以這樣連起來寫?我們分析一下:按執行順序,系統首先調用cout.operator<<("Hello,World!"),然後呢?然後cout.operator<<會返回它本身,就是說在函數的最後一行會出現類似於return *this這樣的語句,因此cout.operator<<("Hello,World!")的調用結果就返回了cout,接着它後面又緊跟着.operator<<(endl),這相當於cout.operator<<(endl)——於是又會進行下一個輸出,如果往下還有很多<<算符,調用就會一直進行……哇噢,是不是很聰明?現在你明白我們的MyOutstream::operator<<最後一行的奧妙了吧!
再注意一下main函數中最激動人心的那一行:
myout<<"\n"
我們知道,最後出現的"\n"可以實現一個換行,不過我們在用C++時教程中總是有意無意地讓我們使用endl,兩者看上去似乎一樣——究竟其中有什麼玄妙?查書,書上說endl是一個操縱符(manipulator),它不但實現了換行操作,而且還對輸出緩衝區進行刷新。什麼意思呢?原來在執行輸出操作之後,數據並非立刻傳到輸出設備,而是先進入一個緩衝區,當適宜的時機(如設備空閒)後再由緩衝區傳入,也可以通過操縱符flush,ends,或unitbuf進行強制刷新:
cout<<"Hello,World!"<<"Flush the screen now!!!"<<flush;
這樣當程序執行到operator<<(flush)之前,有可能前面的字符串數據還在緩衝區中而不是顯示在屏幕上,但執行operator<<(flush)之後,程序會強制把緩衝區的數據全部搬運到輸出設備並將其清空。而操縱符endl相當於<<"\n"<<flush;
不過可能在屏幕上顯示是手動刷新與否區別看來都不大。但對於文件等輸出對象就不大一樣了:過於頻繁的刷新意味着老是寫盤,會影響速度。因此通常是寫入一定的字節數後再刷新,如何操作?靠的就是這些操縱符。

4cout控制符編輯

要使用下面的控制符,你需要在相應的源文件中包含頭文件“iomanip”。也就是添加如下代碼:
  #include <iomanip>
控制符---描 述
  dec --- 置基數爲10,後由十進制輸出(系統默認形式)
  hex --- 置基數爲16,後由十六進制輸出
  oct --- 置基數爲8,後由八進制輸出
  setfill(c) --- 設填充字符爲c
  setprecision(n) --- 設置實數的精度爲n位
  setw(n) --- 設域寬爲n個字符
  setiosflags(ios::fixed) --- 固定的浮點顯示
  setiosflags(ios::scientific) --- 指數表示
  setiosflags(ios::left) --- 左對齊 
  setiosflags(ios::right) --- 右對齊 
  setiosflags(ios::skipws) --- 忽略前導空白
  setiosflags(ios::uppercase) --- 16進制數大寫輸出
  setiosflags(ios::lowercase) ---16進制數小寫輸出
其中:setw設置域寬,使用一次就得設置一次,其他的函數,設置一次永久有效。

5cout的相關信息編輯

1 cout的類型是 ostream
2 ostream使用了單例模式,
保護的構造函數,不能在類外創建另一個對象(用 ostream os 測試)
拷貝構造私有,不能通過已有對象,構造新對象(用 ostream os(cout) 測試)
拷貝賦值私有,(用 cout=cout 測試)
3 cout在名字空間std中,使用前需要using namespace std,或者std::cout
4 可以使用引用,或指針指向這個對象,意思想說,想用ostream 做一個函數的形式參數,就必須使用引用或指針。因爲實參肯定是cout,且只能有這一個對象。
5 cout<<對象; 對象的類型用OO表示,如想用cout打印一個對象,即cout<<對象,可使用如下程序
friend ostream& operator<< (ostream& os,
  const OO& c) {//爲什麼必須使用友元
  return os << c.成員1 <<" : "<<c.成員2;
  }

6其他信息編輯

C++的iostream家族
好了,說了這麼多,C++的iostream家族與C的printf/scanf家庭相比究竟有何優勢?首先是類型處理更安全、智能,想想printf中對付int、float等的"%d"、"%f"等說明符真是多餘且麻煩,萬一用錯了搞不好還會死掉;其次是擴展性更強:我要是新定義一個複數類Complex,printf對其是無能爲力,最多隻能分別輸出實、虛部,而iostream使用的<<、>>操作符都是可重載的,你只要重載相關的運算符就可以了;而且流風格的寫法也比較自然簡潔,不是麼?
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