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C++输入和输出的真实面目

C++++输入和输出

在C++里std::cin、std::cout、std::cerr和std::endl分别是标准输入、标准输出、标准错误输出和刷新缓冲区并换行,它们都在命名空间std中,那么它们真实面目是什么?我们先来看一段代码:

#include 《iostream》 int main() { std::cout 《《 “Hello World!” 《《 std::endl; std::cerr 《《 “error” 《《 std::endl; return 0; }

这段代码很简单,就是输出“Hello world!”和“error”,那么这段代码的底层原理是?我们先来看一下std::cout在标准库中的定义:

#ifndef _LIBCPP_HAS_NO_STDOUT extern _LIBCPP_FUNC_VIS ostream cout; extern _LIBCPP_FUNC_VIS wostream wcout; #endif 。。.。。. typedef basic_streambuf《char》 streambuf; typedef basic_istream《char》 istream; typedef basic_ostream《char》 ostream; typedef basic_iostream《char》 iostream;

。。.。。. template 《class _CharT, class _Traits》 class _LIBCPP_TEMPLATE_VIS basic_ostream : virtual public basic_ios《_CharT, _Traits》 { 。。.。。. };

从以上代码我们可以看出std::cout是一个类basic_stream《char》的一个实例,那么很容易我们就能想到《《很有可能是类basic_stream《char》的一个成员函数,继续追踪下去,看看《《到底是啥。在类模板basic_stream中我们找到成员函数声明如下:

basic_ostream& operator《《(bool __n); basic_ostream& operator《《(short __n);

basic_ostream& operator《《(unsigned short __n); basic_ostream& operator《《(int __n);

basic_ostream& operator《《(unsigned int __n); basic_ostream& operator《《(long __n);

basic_ostream& operator《《(unsigned long __n); basic_ostream& operator《《(long long __n);

basic_ostream& operator《《(unsigned long long __n); basic_ostream& operator《《(float __f);

basic_ostream& operator《《(double __f); basic_ostream& operator《《(long double __f); basic_ostream& operator《《(const void* __p); basic_ostream& operator《《(basic_streambuf《char_type, traits_type》* __sb);

充分证实了我们猜想,《《其实是成员函数operator《《并且返回值是basic_ostream&,到这里我们就可以看出std::cout 《《 “Hello World!”其实是basic_ostream实例变量cout调用成员函数operator《《输出字符串“Hello World!”并返回basic_ostream&。

那么std::endl是不是某个类的实例呢?我们看看std::endl在标准库的定义:

template 《class _CharT, class _Traits》 inline _LIBCPP_INLINE_VISIBILITY basic_ostream《_CharT, _Traits》& endl(basic_ostream《_CharT, _Traits》& __os) { __os.put(__os.widen(‘ ’)); __os.flush(); return __os; }

从代码里可以看出,std::endl其实是一个函数模板,调用该函数会将一个换行符“ ”放入缓冲区,并刷新缓冲区,最后返回basic_ostream&。到这里我们终于明白std::cout 《《 “Hello World!” 《《 std::endl;的含义了,basic_ostream实例变量cout调用成员函数operator《《输出字符串“Hello World!”,返回basic_ostream&并继续调用成员函数operator《《输出换行符并刷新输出缓冲区。

现在我们很容易想到std::cerr和std::cout应该差不多,区别则是std::cerr是标准错误输出,将信息输出到标准错误流。std::cerr定义如下:

extern _LIBCPP_FUNC_VIS ostream cerr; extern _LIBCPP_FUNC_VIS wostream wcerr; extern _LIBCPP_FUNC_VIS ostream clog; extern _LIBCPP_FUNC_VIS wostream wclog;

最后我们看看std::cin到底是什么玩意,先来看下下面这段代码:

#include 《iostream》 int main() { std::string name; std::cin 》》 name; return 0; }

代码很简单,就是想通过标准输入输入名字,并保存在变量name中。有了上面的经验,我们很容易想到std::cin应该是某个类的实例变量,而》》则是类的成员函数。std::cin的定义如下:

#ifndef _LIBCPP_HAS_NO_STDIN extern _LIBCPP_FUNC_VIS istream cin; extern _LIBCPP_FUNC_VIS wistream wcin; #endif 。。.。。. typedef basic_streambuf《char》

streambuf; typedef basic_istream《char》 istream; typedef basic_ostream《char》 ostream; typedef basic_iostream《char》 iostream;

。。.。。. template 《class _CharT, class _Traits》 class _LIBCPP_TEMPLATE_VIS basic_istream : virtual public basic_ios《_CharT, _Traits》 { 。。.。。. };

从代码中可以看出std::cin是类basic_istream《char》的实例变量,且basic_istream是类模板。下面我们看看》》在basic_istream中声明:

basic_istream& operator》》(basic_streambuf《char_type, traits_type》* __sb);

basic_istream& operator》》(bool& __n); basic_istream& operator》》(short& __n);

basic_istream& operator》》(unsigned short& __n); basic_istream& operator》》(int& __n);

basic_istream& operator》》(unsigned int& __n); basic_istream& operator》》(long& __n);

basic_istream& operator》》(unsigned long& __n); basic_istream& operator》》(long long& __n);

basic_istream& operator》》(unsigned long long& __n); basic_istream& operator》》(float& __f);

basic_istream& operator》》(double& __f); basic_istream& operator》》(long double& __f);

basic_istream& operator》》(void*& __p);

不出我们所料》》确实是成员函数operator》》并返回basic_istream&,那么这段代码std::cin》》name就很容易理解了,basic_istream《char》类实例变量cin调用成员函数operator》》从标准输入输入数据,并保存在变量name中。到这里std::cout、std::cin、std::cerr和std::endl的含义终于真相大白了!

责任编辑:haq

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