1.5 數據輸入與輸出

程序執行的基本邏輯是：輸入數據 → 處理數據 → 輸出結果。數據的輸入/輸出幾乎是每個程序不可避免的問題。

1.5.1 流的概念

在C++中，I/O（Input/Output，輸入/輸出）數據是一些從源設備到目標設備的字節序列，稱為字節流。除了圖像、聲音數據外，字節流通常代表的都是字符，因此，在多數情況下的流（stream）都是從源設備到目標設備的字符序列，如圖1-5所示。

流分為輸入流和輸出流兩類。輸入流（input stream）是指從輸入設備流向內存的字節序列。例如，在圖1-5中，若源設備是鍵盤，目標設備是內存，則表示的是輸入流，表示通過鍵盤輸入數據到內存變量中。輸出流（output stream）是指從內存流向輸出設備的字節序列。例如，在圖1-5中，若源設備是內存，目標設備是顯示器，就是輸出流，表示把內存中的字符逐個輸出到顯示屏幕上。

在C++中，標準輸入設備通常是指鍵盤，標準輸出設備通常是指顯示器。為了從鍵盤輸入數據，或為了將數據輸出到顯示器屏幕上，程序中必須包含頭文件iostream.h。這個頭文件包括了輸入流istream和輸出流ostream兩種數據類型，而且用這兩種數據類型定義了兩個變量“istream cin”和“ostream cout”。其中，cin（讀作see-in）用于從鍵盤輸入數據，cout（讀作see-out）用于將內存數據輸出到顯示器。

1.5.2 cin和析取運算符>>

在C++程序中，常用cin輸入數據。其用法如下：

cin>>x;

程序執行到cin語句時，就會停下來等待鍵盤數據的輸入，輸入數據被插入到輸入流中，數據輸完后按Enter鍵結束。當遇到運算符>>時，就從輸入流中提取一個數據，存入內存變量x中。

① cin是在iostream.h中預定義的一個標準輸入設備（一般代表鍵盤），>>是析取運算符，用于從輸入流中析取數據（即從流中分析和提取數據），并存于其后的變量x中。x是程序中定義的變量名，原則上x應該是系統內置的簡單數據類型，如int、char、double等。

② 在一條cin語句中可以同時為多個變量輸入數據。在輸入數據時應當輸入與cin語句中變量個數相同的數據，各輸入數據之間用一個或多個空白（包括空格、回車、Tab）作為間隔符，全部數據輸入完成后，按Enter鍵結束。例如，下面的程序段：

int x1;
double x2;
char x3;
cin>>x1>>x2>>x3;

假設x1為5，x2為3.4，x3為'A'，則下面的兩種輸入方式等效：

5 3.4 A

或

5
3.4
A

當一條cin語句中有多個運算符>>時，就需要從鍵盤輸入多個數據到輸入流中，每當遇到一個>>時，就從輸入流中提取一個數據存入其后的變量中。

可以把一條cin語句分解為多條cin語句，也可以把多條cin語句合并為一條語句，所以上面的輸入語句與下面的語句組等效：

cin>>x1;
cin>>x2;
cin>>x3;

③ 在>>后面只能出現變量名，這些變量應該是系統預定義的簡單類型，否則將出現錯誤。下面的語句是錯誤的：

cin>>"x=">>x;   //錯誤，>>后面含有字符串"x="
cin>>12>>x;   //錯誤，>>后面含有常數12
cin>>'x'>>x;   //錯誤，>>后面含有字符'x'

④ cin具有自動識別數據類型的能力，析取運算符>>將根據其后變量的類型從輸入流中為它們提取對應的數據。例如：

cin>>x;

假設輸入數據2，析取運算符>>將根據其后的x的類型決定輸入的2到底是數字還是字符。若x是char類型，則2就是字符；若x是int，float之類的類型，則2就是一個數字。

再如，若輸入34，且x是char類型，則只有字符3被存儲到x中，4將繼續保存在流中；若x是int或float，則34就會存儲到x中。

⑤ 數值型數據的輸入。在讀取數值型數據時，析取運算符>>首先略掉數據前面的所有空白符號，如果遇到正、負號或數字，就開始讀入，包括浮點型數據的小數點，并在遇到空白符或其他非數字字符時停止。例如：

int x1;
double x2;
char x3;
cin>>x1>>x2>>x3;

假如輸入“35.4A”并按Enter鍵，第1個析取運算符>>根據x1的類型int，從輸入流中提取一個整數存儲在x1中，這個整數只能是35。因為接下來的是“.”不是整數的有效數字，所以提取x1后，輸入流中的數據是“.4A”。第2個析取運算符>>將從輸入流中為x2提取數據，x2是double型，所以只能把“.4”存儲到x2中，因為接在4后面的A不是有效的數字，所以x2的結果為0.4（0由系統產生）；第3個析取運算符>>為x3提取數據，x3是char型，所以字符'A'就被輸入到x3中。

這個結果或許不正確，卻從另一方面說明了在輸入數據時，一定要注意數據之間間隔符的正確輸入。結合上述各種情況，來看一個數據輸入的綜合性例子。

【例1-2】 假設有變量定義語句如下：

int a,b;
double z;
char ch;

下面的語句說明數據輸入的含義。

語句 輸入 內存變量的值

1 cin>>ch;  A  ch='A'
2 cin>>ch;  AB  ch='A'，而'B'被保留在輸入流中等待被讀取
3 cin>>a;  32  a=32
4 cin>>a;  32.23 a=32，后面的.23被保留在輸入流中等待被讀取
5 cin>>z;  76.21 z=76.21
6 cin>>z;  65  z=65.0
7 cin>>a>>ch>>z 23 B 3.2 a=23，ch='B',Z=3.2
8 cin>>a>>ch>>z 23B3.2 a=23，ch='B',Z=3.2
9 cin>>a>>b>>z  23 32 a=23，b=32，計算機等待輸入下一個數據存入z
10 cin>>a>>z  2 3.2 24 a=2，z=3.2，而24被保留在輸入流中等待被讀取
11 cin>>a>>ch  132  a=132，計算機等待輸入 ch的值
12 cin>>ch>>a  132  ch='1'，a=32

1.5.3 cout和插入運算符<<

在C++程序中，一般用cout輸出數據，其用法如下：

cout<<x;

程序執行到cout語句時，將在顯示屏幕上把x的值顯示出來。x可以是字符串、變量或常量。

cout是在iostream.h中定義的標準輸出設備（一般代表顯示器），<<是插入運算符，用來將其右邊的x的值插入到輸出流中（cout是流向的目的地，所以最終是把x顯示在屏幕上）。

（1）輸出字符類型的數據

字符類型數據包括字符常量、字符串常量、字符變量和字符串變量。對于字符常量和字符串常量，cout將把它們原樣輸出在屏幕上；對于字符變量和字符串變量，cout將把變量的值輸出到顯示屏幕上。例1-3是一個字符輸出示例程序。

【例1-3】 用cout輸出字符數據。

//Eg1-3.cpp
#include<iostream.h>
void main()
{
     char ch1='c';
     char ch2[]="Hellow C++!";
     cout<<ch1;
     cout<<ch2;
     cout<<"C";
     cout<<"Hellow everyone!";
}

程序的運行結果如下（這個結果是由程序中的4條cout語句共同輸出的）：

cHellow C++!CHellow everyone!

（2）連續輸出

cout語句能夠同時輸出多個數據，其用法如下：

cout<<x1<<x2<<x3<<…;

其中，x1，x2和x3可以是相同或不同類型的數據，此命令將依次把x1、x2和x3的值輸出到顯示屏幕上。

cout的這種格式表明，可以把多條cout語句合并成一條語句。當然，也可以把一條cout語句分解為多條語句。將Eg1-3.cpp程序中的4條cout語句合并成一條命令，不會影響程序的功能，其運行結果完全相同：

cout<<ch1<<ch2<<"C"<<"Hellow everyone!";

與C語言一樣，在C++程序中也可以將一條命令寫在多行上。例如，上面的語句也可寫成下面的形式：

cout<<ch1
    <<ch2
    <<"C"
    <<"Hellow everyone!";

（3）輸出換行

例1-3的輸出結果并不清晰，如果能夠把它們輸出在多行上，效果會更好。在cout語句中，可以通過輸出換行符“\n”或endl操縱符將輸出光標移動到下一行的開頭處。例1-4是對例1-3的改寫。

【例1-4】 在例1-3的輸出語句中增加換行符。

//Eg1-4.cpp
#include<iostream.h>
void main(){
     char ch1='c';
     char ch2[]="Hellow C++!";
     cout<<ch1<<endl;
     cout<<ch2<<"\n";
     cout<<"C"<<endl;
     cout<<"Hellow everyone!\n";
}

本程序的輸出如下：

c
Hellow C++!
C
Hellow everyone!

endl和“\n”具有相同的功能，它們可以出現在cout語句中任何位置的<<的后面。“\n”還可以直接放在字符串常數的后面，如語句“cout<<"Hellow everyone!\n"”最后的“\n”。

（4）輸出數值類型的數據

數值型常量數據可以利用cout直接輸出，例如：

cout<<1<<2<<3<<endl;

將在屏幕上顯示：123。數值變量的輸出也是如此，如下面的程序段：

int x1=23;
float x2=34.1;
double x3=67.12;
cout<<x1<<x2<<x3<<900;

其中的cout語句將在屏幕上輸出“2334.167.12900”。

從上面兩條輸出語句的結果可以看出：cout在輸出多個數據時，不會在數據之間插入任何間隔符，其結果是使輸出數據變得含混不清，如數值1，2，3被輸出成了123。

針對這種情況，需要在cout輸出語句中添加一些數據間隔符。例如，可將上面的語句改寫為：

cout<<1<<" "<<2<<" "<<3<<endl;
cout<<"x1="<<x1<<" "<<"x2="<<x2<<" "<<"x3="<<x3<<endl<<900<<endl;

下面是這兩條語句的輸出結果，顯然它比前面的輸出結果更清晰。

1  2  3
x1=23  x2=34.1 x3=67.12
900

1.5.4 輸出格式控制符

在程序運行過程中，常常需要按照一定的格式輸出其運行結果，如設置數值精度、設置小數點的位置、設置輸出數據寬度或對齊方式……數據輸出格式的設置是程序設計的一個重要內容，影響到程序結果的清晰性。

C++提供了許多控制數據輸入輸出格式的函數和操縱符（也稱為操縱函數或操縱算子），如setprecision、setw、right等，它們都是在iomanip.h中定義的，應用它們時要包含該頭文件。

（1）設置浮點數的精度

在需要設置輸出數據的精度時，可以用操縱函數setprecision()。其用法如下：

setprecision(n)

其中，n代表有效數位，包括整數的位數和小數的位數。如setprecision(3)將所有數值的輸出精度都指定為3位有效數字，直到再次用setprecision()改變輸出精度為止。setprecision()是在iomanip.h中定義的，在使用時要包含該頭文件。例如，語句

cout<<setprecision(3)<<3.1415926<<"  "<<2.4536<<endl;

將輸出“3.14 2.45”。

（2）設置輸出域寬和對齊方式

在C++中，可以用操縱函數setw()設置輸出數據占用的列數（域寬，即占用的字符個數）。setw()的用法如下：

setw(n)

其中，n是輸出數據占用屏幕寬度的字符個數，在默認情況下，輸出數據按右對齊。若輸出數據的位數比n小，則左邊留空。若輸出數據的實際位數比n大，則輸出數據將自動擴展到所需占用的列數。例如：

cout<<"1234567812345678"<<endl;   //L1
cout<<setw(8)<<23.27<<setw(8)<<78<<endl;  //L2
cout<<setw(8)<<"Abc"<<78<<endl;   //L3

上述語句的輸出結果如下：

1234567812345678
   23.27 78
    Abc78

setw()只對緊隨其后的一個輸出數據有效，語句L3中的setw(8)只對跟在其后的字符串"Abc"有效，所以最后的“78”就按默認方式輸出，緊接在"Abc"的后邊。

（3）設置對齊方式

操縱函數setiosflags()和resetiosflags()可用于設置或取消輸入/輸出數據的各種格式，包括改變數制基數、設置浮點數的精度、轉換字母大小寫、設置對齊方式等。它們的用法如下：

setiosflags(long f);
resetiosflags(long f);

在iostream.h中還定義了兩個表示對齊方式的常數，表示左對齊的常數值是ios::left，表示右對齊的常數值是ios::right，它們可作為setiosflags( )和resetiosflags( )操縱符的參數，用于設置輸出數據的對齊方式。

在默認方式下，C++按右對齊方式輸出數據。當用setiosflags()設置輸出對齊方式成功后，將一直有效，直到用resetiosflags()取消它。

【例1-5】 用setiosflags()和resetiosflags()設置和取消輸出數據的對齊方式。

//Eg1-5.cpp
#include<iostream.h>        //L1
#include<iomanip.h>      //L2
void main(){         //L3
  cout<<"123456781234567812345678"<<endl;      //L4
  cout<<setiosflags(ios::left)<<setw(8)<<456<<setw(8)<<123<<endl; //L5
  cout<<resetiosflags(ios::left)<<setw(8)<<123<<endl;     //L6
}

這個程序的輸出結果如下：

123456781234567812345678
456     123
     123

輸出結果的第1行是語句行L4輸出的；第2行是語句行L5輸出的，輸出的兩個數據各占8位，且設置了左對齊方式；第3行是語句行L6的輸出，輸出數據占8位，由于在輸出之前用resetiosflags(ios::left)操縱符取消了左對齊，使數據輸出又成了默認的右對齊方式，所以輸出數據的左邊留了5個空白。

1.5.5 數制基數

C++在iostream.h中預定義了hex、oct、dec等操縱符。分別表示十六進制數、八進制數和十進制數。在默認方式下，C++按照十進制數形式輸入、輸出數據。當要按其他進制輸入、輸出數據時，就需要在cin和cout語句中指定數據的基數。在用鍵盤輸入數據時：

十進制整數：直接輸入數據本身，如78。

十六進整數：在要輸入的數據前加0x或0X，如0x1A（對應的十進制數是26）。

八進制整數：在輸入的數據前加0，如043（代表十進制數35）。

【例1-6】 輸入、輸出不同進制的數據。

//Eg1-6.cpp
#include<iostream.h>
void main(){
  int x=34;
  cout<<hex<<17 <<" "<<x<<" "<<18<<endl;
  cout<<17 <<" "<<oct <<x<<" "<<18<<endl;
  cout<<dec<<17 <<" "<<x<<" "<<18<<endl;
  int x1, x2, x3, x4;
  cout<<"輸入 x1(oct), x2(oct), x3(hex), x4(dec):"<<endl;
  cin>>oct>>x1;    //八進制數
  cin>>x2;     //八進制數
  cin>>hex>>x3;    //輸入十六進制數
  cin>>dec>>x4;    //輸入十進制數
  cout<<"x1="<<x1<<"\tx2="<<x2<<"\tx3="<<x3<<"\tx4="<<x4<<endl;
}

設置數制基數后，它將一直有效，直到遇到下一個基數設置。本程序運行結果如圖1-6所示。

其中，第1行和第2行的11是十六進制數，第2行的42和22是八進制數，第3行是十進制數。第5行是從鍵盤輸入的數據，013、034是八進制數，0x2a是十六進制數，18是十進制數。最后一行是按十進制輸出的數據。