C++面向对象程序设计 - 输入输出流进一步研究

在C++中，输入输出流（I/O）是一个强大的特性，它允许程序与各种输入/输出设备（如键盘、显示器、文件等）进行交互。C++标准库中的<iostream>头文件定义了基本的输入输出流类，如std::cin（用于输入）、std::cout（用于输出）和std::cerr（用于错误输出）。

这篇将通过一些实例进一步了解输入输出流的相关知识。

一、标准输出流

题目：输入三角形的三边a,b,c，计算三角形的面积的公式是：

$area=\sqrt{s(s-a)(s-b)(s-c)}$

$s=\frac{a+b+c}{2}$

构成三角形的条件是：a+b>c,b+c>a,c+a>b
编写程序，输入a,b,c检查a,b,c是否满足以上条件，如不满足，由cerr输出有关出错信息。

解释：此题相对较容易，只要输入三个数值满足三角形条件即可，例如：10、15、20。通过cin输入10 15 20后，使用if判断，当三个条件都不满足时并且在前面添加非(!)则为true，显示错误信息。如果都满足，则进后后续计算并输出结果。

示例代码如下：

#include <iostream>
#include <cmath>
using namespace std;int main(){float a, b, c, s, area;			// 定义变量// 输出a，b，c数值cin >>a >>b >>c;// 判断条件if(!((a + b > c) && (b + c > a) && (c + a > b))) {cerr <<"The entered values a,b, and c do not meet the conditions" <<endl;} else{// 满足条件情况下进行计算s = (a + b + c) / 2;				// 计算出s的值// 计算面积的值area = sqrt(s * (s - a) * (s - b) * (s - c));// 输出结果cout <<"Result:" <<area <<endl;}return 0;
}

运行后结果如下图：

二、格式输出与字符串流

题目：从键盘输入一批数值，要求保留3位小数，在输出时上下行小数点对齐。

解释：此题将通过三块知识来实现：

首先是通过iostream类中的cin输入和cout输出，从键盘获取数据并输出显示结果；
再通过sstream类中的ostringstream输出字符串流对象，将最大值max转换为字符串并赋值给string类型变量str；再通过string类型中的size()函数获取字符长度，作为每行显示的最大宽度。
最后设置格式状态，按题中要求进行输出显示。

示例代码如下：

#include <iostream>
#include <sstream> 
#include <string>
using namespace std;int main(){double nums[3];cout <<"Please enter the value" <<endl;// 输入数值for(int i = 0; i < 3; i++) cin >>nums[i];cout <<endl;// 计算出最大值，以便获取每行数据显示最大宽度值double max = nums[0];for(int i = 1; i < 3; i++) if(max < nums[i]) max = nums[i];// 装载到输出字符串流中ostringstream oss;// 插入字符串数据oss <<max;// 将字符串流 赋值给string类型变量strstring str = oss.str();				// 对齐输出三位数cout.precision(3);					// 保留3位小数cout.setf(ios::fixed);				// 以浮点数格式输出cout.setf(ios::right);				// 右对齐// 循环输出for(int i = 0; i < 3; i++) {cout.width(str.size());			//通过最大值获取每行最大显示范围cout <<nums[i] <<endl;}return 0;
}

运行后结果如下图：

三、输出三角形

题目：在显示屏上显示一个由字母B组成的三角形。

解释：此题要实现由字母B组成的三角形，则需要使用嵌套for循环。每行的前半部分得先输出空格字符来占位，后部分再输出B字母。另外还须保证每行输出字母B的个数为奇数，这样才能保证每列中字母是竖向对齐。下面代码中几点的说明：

当在 i 的值偶数行时输出；
虽然size为20，但i<size并且为偶数行时才输出，所以此三角形只显示10行。
前半部分通过m<(size-i)/2限制，所以只能输出1~9个空格字符；第一行中前半部分输出9个空字符，第10位刚显示显示字母B，在三角形正中间位置。
后部分由于n>=0，所以i为0且i%2==0时，第一行输入一个字母B；当i为2且i%2==0时，n满足条件值为0,1,2输出三个字母B；当i为4且i%2==0时，n满足条件值为0,1,2,3,4输出5个字母B。以此类推，则每行显示字母B个数都为奇数。

示例代码：

#include <iostream>
using namespace std;int main(){int size = 20;for(int i = 0; i < size; i++){// 偶数部分输出if(i%2==0){// 前半部分（空白填充）for(int m = 0; m < (size - i)/2; m++) cout <<" ";// 后部分（输出字符B）for(int n = i; n < size && n >= 0; n--) cout <<"B";cout <<endl;}}return 0;
}

运行后结果如下图：

四、输入和输出文件流

建立两个磁盘文件file1.txt和file2.txt，编程序实现以下工作：

（1）题目一：创建并存储数据

从键盘输入20个数，分别存放在两个磁盘文件中（每个文件中放10个整数）；

示例代码如下：

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>
using namespace std;
int main(){// 定义文件名称 string file1 = "file1.txt", file2 = "file2.txt";int len = 20;		// 定义整数长度int nums[len];		// 定义数组存储数值// 输入20个整数，并分别存入两个文件中cout <<"Please enter 20 integer values:" <<endl;for(int i = 0; i < len; i++) cin >>nums[i];ofstream ofs;		// 定义输出文件流对象ofs.open(file1);		// 打开file1.txt文件，并输出if(!ofs.is_open()){cerr <<"Open " <<file1 <<" error.";exit(1);} else{// 插出数据for(int i = 0; i < len; i++) ofs <<nums[i] <<' ';}ofs.close();				// 关闭流文件ofs.open(file2);			// 打开file2.txtif(!ofs.is_open()){cerr <<"Open " <<file2 <<" error.";exit(1);} else{// 插出数据for(int i = 0; i < len; i++) ofs <<nums[i] <<' ';}ofs.close();				//关闭流文件return 0;
}

运行后结果如下图：

执行后，目录中侧生成file1.txt和file2.txt文件，并且内部已存入相同的20个整数值。如下图：

（2）题目二：读取并追加数据

从file1.txt读入10个数，然后存放到file2.txt文件原有数据的后面；

示例代码如下：

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>
using namespace std;
int main(){// 定义文件名称 string file1 = "file1.txt", file2 = "file2.txt";// 定义整数长度int len = 10;// 定义数组存储数值int nums[len];	ifstream ifs(file1);		// 定义输入文件流对象，并打开file1.txt文件	// 将数据存储数组num2中for(int i = 0; i < len; i++) {ifs >>nums[i];cout <<nums[i] <<" ";}// 写入到file2.txt文件中，并追加ofstream ofs(file2, ios::app);					// 定义输出文件流对象for(int i = 0; i < len; i++) ofs <<nums[i] <<' ';return 0;
}

运行结果如下图：

此时file2.txt中则追加了file1.txt前10个整数，ios::app为打开文件并在后追加数据方式。如下图：

（3）题目三：读取并排序

从file2.txt中读入20个整数，将它们按小到大的顺序存放到file2.txt（不保留原来的数据）。

示例代码：

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>
using namespace std;
int main(){// 定义文件名称 string file2 = "file2.txt";int len = 20;				// 定义整数长度// 定义数组存储数值int nums[len];	ifstream ifs(file2);		// 定义输入文件流对象，并打开file2.txt文件	// 将数据存储数组num2中for(int i = 0; i < len; i++) ifs >>nums[i];// 对数组nums进行排序（冒泡排序）int temp;for(int i = 0; i < len - 1; i++){for(int j = i + 1; j < len; j++){if(nums[i] > nums[j]){temp = nums[j];nums[j] = nums[i];nums[i] = temp;}}}// 覆盖写入到file2.txt文件中ofstream ofs(file2);					// 定义输出文件流对象for(int i = 0; i < len; i++) {cout <<nums[i] <<' ';		//输出控制台显示结果ofs <<nums[i] <<' ';		//输出到file2.txt文件中}return 0;
}

运行后结果如下图：

此时file2.txt中则为排序后整数，之前内容直接被覆盖。如下图：

五、二进制文件的操作

编程序实现以下功能：

（1）题目一：创建对象并存储

按职工号由小到大的顺序将5个员工的数据（包括职工号、姓名、年龄、工资）输出到磁盘文件中保存。

示例代码：

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>
using namespace std;
// 定义员工类
class Employee{private:int num;char name[50];int age;float wage;public:Employee(int num, const char* nameStr, int age, float wage):num(num), age(age), wage(wage){strncpy(name, nameStr, sizeof(name) - 1); // 复制nameStr到name，并确保最后一个字符是'\0'  name[sizeof(name) - 1] = '\0';}// 打印学员信息void print() const {cout <<"num:" <<num <<", name:" <<name <<", age:" <<age <<", wage:" <<wage <<endl;}
};int main(){// 定义员工类数组，存储5位员工信息Employee s[5] = {Employee(100, "Tom", 30, 5000.0f),Employee(101, "John", 29, 5500.0f),Employee(102, "Lily", 29, 5500.0f),Employee(103, "Marry", 24, 4500.0f),Employee(104, "Make", 23, 4500.0f)};// 定义输出文件流对象ofstream outfile("employee.txt", ios::binary);if(!outfile){cerr <<"Open employee.txt error.";abort();}// 循环输出员工信息for(int i = 0; i < 5; i++){outfile.write((char *)&s[i], sizeof(s[i]));}outfile.close();			//关闭文件流return 0;
}

运行后文件以二进制形式输出并存储到employee.txt文件中，如下图：

（2）题目二：追加员工信息

从键盘输入两个员工的数据（职工号大于已有的职工号），增加到文件的末尾。

示例代码：

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>
using namespace std;
// 定义员工类
class Employee{private:int num;char name[50];int age;float wage;public:Employee(){}Employee(int num, const char* nameStr, int age, float wage):num(num), age(age), wage(wage){strncpy(name, nameStr, sizeof(name) - 1); // 复制nameStr到name，并确保最后一个字符是'\0'  name[sizeof(name) - 1] = '\0';}// 打印学员信息void print() const {cout <<"num:" <<num <<", name:" <<name <<", age:" <<age <<", wage:" <<wage <<endl;}
};int main(){// 定义员工类数组，存储新员工信息Employee s[2];// 定义临时变化接收输入数据int num, age;char name[50];float wage;for(int i = 0; i < 2; i++){cout <<"Please enter your employee information:" <<endl;cin >>num >>name >>age >>wage;s[i] = Employee(num, name, age, wage);}// 定义输出文件流对象ofstream outfile("employee.txt", ios::binary|ios::app);if(!outfile){cerr <<"Open employee.txt error.";abort();}// 循环输出员工信息for(int i = 0; i < 2; i++){outfile.write((char *)&s[i], sizeof(s[i]));}outfile.close();			//关闭文件流return 0;
}

运行后结果如下图：

此时employee.txt文件中已追加两条数据，如下图：

（3）题目三：读取全部员工信息

输出文件中全部职工的数据。

示例代码：

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>
using namespace std;
// 定义员工类
class Employee{private:int num;char name[50];int age;float wage;public:Employee(){}Employee(int num, const char* nameStr, int age, float wage):num(num), age(age), wage(wage){strncpy(name, nameStr, sizeof(name) - 1); // 复制nameStr到name，并确保最后一个字符是'\0'  name[sizeof(name) - 1] = '\0';}// 打印学员信息void print() const {cout <<"num:" <<num <<", name:" <<name <<", age:" <<age <<", wage:" <<wage <<endl;}
};int main(){// 定义文件流对象，读取员工信息ifstream infile("employee.txt", ios::binary);if(!infile){cerr <<"Open employee.txt error.";abort();}// 定义数组，存储员工信息Employee list[7];for(int i = 0; i < 7; i++){infile.read((char*)&list[i], sizeof(list[i]));		// 将数据写入到数组中list[i].print();}infile.close();return 0;
}

运行后结果如下图：

（4）题目四：查询员工信息

从键盘输入一个号码，从文件中查找有无此职工号，如有则显示此职工是第几个职工，以及此职工的全部数据。如有没，就输出“无此人”。可以反复多次查询，如果输入查找的职工号为0，就结束查询。

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>
using namespace std;
// 定义员工类
class Employee{private:int num;char name[50];int age;float wage;public:Employee(){}Employee(int num, const char* nameStr, int age, float wage):num(num), age(age), wage(wage){strncpy(name, nameStr, sizeof(name) - 1); // 复制nameStr到name，并确保最后一个字符是'\0'  name[sizeof(name) - 1] = '\0';}// 获取职工号int getNum() const{return num;}// 打印学员信息void print() const {cout <<"num:" <<num <<", name:" <<name <<", age:" <<age <<", wage:" <<wage <<endl;}
};int main(){// 定义文件流对象，读取员工信息ifstream infile("employee.txt", ios::binary);if(!infile){cerr <<"Open employee.txt error.";abort();}// 定义数组，存储员工信息Employee list[7];for(int i = 0; i < 7; i++){infile.read((char*)&list[i], sizeof(list[i]));		// 将数据写入到数组中list[i].print();}cout <<endl;infile.close();// 执行查询int num;			// 定义接收num变量do{cout <<"Please enter the employee number:" ;cin >>num;			// 输入职工号// 开始查询int index;			//索引Employee* e = nullptr;for(int i = 0; i < 7; i++){if(list[i].getNum() == num){index = i + 1;e = &list[i];}}// 如果员工存在，则显示结果if(e != nullptr){cout <<"Index:" <<index <<endl;e->print();} // 不存在，显示“查无此人”else if(num != 0) cout <<"No such person" <<endl;else if(num == 0) cout <<"End of query." <<endl;cout <<endl;} while(num != 0);		//num不为0则继承查询return 0;
}

运行结果如下图：