c++标准输入输出流关系梳理
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输入输出是每一种编程语言必不可少的部分,c++也不例外,下面我们就来说明c++的标准输入输出的前世今生。

1.首先说一下iostream和iostream.h的区别
#include<iostream>      // 这个就是1998年标准化以后的标准头文件,使用时需要使用声明命名空间std
#include<iostream.h>        // 这个就是标准化以前的头文件,里面的函数以及类都是全局的

iostream是现在C++中规定的标准,目的在于使C++代码用于移植和混合嵌入时不受扩展名.h的限制,避免因为.h而造成的额外的处理和修改。

iostream包含的基本功能和对应的iostream.h相同,iostream中定义的内容都在命名空间std中,而iostream.h是为了对c语言进行兼容,所以将标准输入输出功能都定义在全局空间中,他们的使用方法也是不一样的,另外推荐直接使用iostream,毕竟iostream.h是很多年前的老物件了,标准c++中已经明确不适用了,以后有可能被淘汰。

注意:在标准化的过程中,库中有些部分的细节被修改了,所以旧头文件和新头文件中的实体不一定完全对应

这里看一下他们使用上的不同:

#include<iostream.h>
或者是 
#include<iostream>
using namespace std;

可见凡是要使用标准c++输入输出,都需要加上using namespace std。

2.输入输出流关系梳理

要弄清楚c++的输入输出流,必须要从源头找起,从安装文件里面找出输入输出流相关的头文件,大概列一下,相关头文件有以下这些:

  • istream,可以看到istream头文件是声明了basic_istream模板类
  • ostream,ostream头文件是声明了basic_ostream模板类
  • iostream,iostream只是声明了一个istream对象和三个ostream对象,这一点后面会说明
  • iosfwd,iosfwd头文件里面声明了所有输入输出类的模板类的一个实例
  • fstream,fstream里面声明了basic_filebuf模板类、basic_ifstream模板类、basic_ofstream模板类
  • iomainip,iomainip里面声明了一些带参数的操纵算子
  • sstream,sstream里面声明了basic_stringbuf模板类、basic_istringstream模板类、basic_ostringstream模板类
  • streambuf,streambuf里面声明了basic_streambuf模板类

上面说到iosfwd对输入输出的类模板做了实例化,我们截取一段代码,如下:

  /// Base class for @c char streams.
  typedef basic_ios<char>         ios; //基础类

  /// Base class for @c char buffers.
  typedef basic_streambuf<char>     streambuf;

  /// Base class for @c char input streams.
  typedef basic_istream<char>         istream;

  /// Base class for @c char output streams.
  typedef basic_ostream<char>         ostream;

  /// Base class for @c char mixed input and output streams.
  typedef basic_iostream<char>         iostream;

  /// Class for @c char memory buffers.
  typedef basic_stringbuf<char>     stringbuf;

  /// Class for @c char input memory streams.
  typedef basic_istringstream<char>     istringstream;

  /// Class for @c char output memory streams.
  typedef basic_ostringstream<char>     ostringstream;

  /// Class for @c char mixed input and output memory streams.
  typedef basic_stringstream<char>     stringstream;

  /// Class for @c char file buffers.
  typedef basic_filebuf<char>         filebuf;

  /// Class for @c char input file streams.
  typedef basic_ifstream<char>         ifstream;

  /// Class for @c char output file streams.
  typedef basic_ofstream<char>         ofstream;

  /// Class for @c char mixed input and output file streams.
  typedef basic_fstream<char>         fstream;

为了叙述方便,后续我们直接使用以上实例类来代指模板类,下面用一张图说明这些类之间的关系: c++标准输入输出流关系梳理

箭头代表继承的关系,然后相应的buf后缀的类是同一列的其他类使用的缓冲区类。

以istream,ostream,iostream三者为例,看一下具体的继承关系,如下:

template<typename _CharT, typename _Traits>
    class basic_istream : virtual public basic_ios<_CharT, _Traits>;
template<typename _CharT, typename _Traits>
    class basic_ostream : virtual public basic_ios<_CharT, _Traits>;
template<typename _CharT, typename _Traits>
    class basic_iostream
    : public basic_istream<_CharT, _Traits>,
      public basic_ostream<_CharT, _Traits>;

可以看到basic_istream和basic_ostream都是虚继承于basic_ios,basic_iostream是继承于basic_istream和basic_ostream,注意这里继承于basic_ios的时候之所以要用虚拟继承,是为了防止多重继承时,多个父类共用基类产生二义性。

注:所谓二义性是指basic_iostream类对象会产生两个basic_ios对象,用了虚继承后,就只会产生一个basic_ios对象,从而避免了二义性。

说到这里,我想问一下,有多少人最开始接触iostream的时候首先使用的是cin和cout呢,其实通过iostream头文件,我们可以看到,我们常用的cin对象就是istream的一个实例,而cout则是ostream的实例,标准c++中还声明了ostream的另外两个实例cerr、clog。

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