C++启蒙之输入/输出

C++没有直接定义任何用于执行输入或输出（IO）的语句。作为代替，IO是通过标准类库（standard library）提供的。IO类库提供了一个广泛的工具集合。但是，出于某些目的（包括本文中的例子），你可能需要了解一些基本的概念和操作。

　　本文中的例子使用了iostream类库，它处理格式化输入和输出。Iostream的基础是两个类型istream和ostream，它们分别表示输入和输出流。流（stream）是准备读取或写入某个IO设备或其它设备的字符串。"流"这个术语暗示随着时间的推移，生成了字符或消除了字符。

　　1、标准的输入和输出对象

　　该类库定义了四个IO对象。为了处理输入，我们使用了istream类型的cin对象，它是标准的输入。输出则使用ostream的cout对象，它通常被称为标准的输出。这个类库还定义了其它的两个ostream对象，分别是cerr和clog。Cerr对象是标准的错误，典型情况下用于给程序的用户生成警告或错误消息。Clog对象用于生成程序的执行情况信息。

　　通常，系统把其中的每个对象都与程序执行的窗体相关联。因此，当我们从cin中读取的时候，数据来自程序执行的窗体，当我们写入cout、cerr、clog的时候，输出也写入相同的窗体。大多数操作系统都给了我们重定向输入或输出流的方法。使用重定向可以把这些流与我们选定的文件关联起来。

　　2、使用IO类库的程序

　　我们已经知道了如何编译和执行简单的程序了，尽管这个程序没有任何功能。在整个问题中，有几个记录指向同一个ISBN。我们必须把这些记录合并成总数，这意味着我们必须知道如何添加销售的图书数量。

　　为了看到如何解决这些问题，我们先看一看两个数字如何相加。使用IO类库，我们可以扩展已有的main程序，让用户输入两个数字，然后打印出两个数字的和：

#include <iostream> int main() { std::cout << "Enter two numbers:" << std::endl; int v1, v2; std::cin >> v1 >> v2; std::cout << "The sum of " << v1 << " and " << v2 << " is " << v1 + v2 << std::endl; return 0; }

　　这个程序先在用户的屏幕上输出：

Enter two numbers:

　　接着等待用户输入信息。如果用户在另一行输入了：

3 7

　　那么程序就生成如下的输出信息：

The sum of 3 and 7 is 10

　　我们的程序的第一行是预处理程序指令（preprocessor directive）：

#include <iostream>

　　它告诉编译器我们希望使用iostream类库。尖括号内的名字是头文件（header）。每个使用了类库的程序都必须包含相关的头文件。#include指令必须写在同一行中--头文件的名字和#include必须出现在同一行。一般来说，#include指令应该出现在函数的外面。典型情况下，#include指令出现在程序文件的开头部分。

　　向流写入信息

　　Main主体中的第一个语句执行了一个表达式（expression）。在C++中一个表达式由一个或多个操作数和（通常）一个操作符组成。这个语句中的表达式使用输出操作符（<<操作符）来打印标准的输出提示：

std::cout << "Enter two numbers:" << std::endl;

　　这个语句两次使用了输入操作符。输出操作符的每个实例都有两个操作数：左边的操作数必须是一个ostream对象；右边的操作数是一个要输出的值。该操作符把右边的操作数写入左边的操作数ostream。

　　在C++中每个表达式生成一个结果，典型的结果是把操作符应用在操作数上生成值。在使用输出操作符的情况下，其结果值是左边的操作数。也就是说，输出操作的返回值是输出流自身。

　　由于这个操作符返回左边的操作数，所以它允许我们把输出请求串在一起。输出提示的语句相当于：

(std::cout << "Enter two numbers:") << std::endl;

　　由于(std::cout << "Enter two numbers:")返回左边的操作数，所以语句std::cout等同于：

std::cout << "Enter two numbers:";
std::cout << std::endl;

　　其中的endl是一个特殊值，称为操作者（manipulator），当写入某个输出流的时候，它的效果是把新行写入到输出并且刷新与设备相关的缓冲器。通过刷新缓冲器，我们可以确保用户立即看到写入流的输出信息。

　　注意：

　　程序员在调试的过程中经常插入打印语句。这种语句一般也应该刷新流。如果忘记了这种操作，在程序崩溃的时候，可能会引起输出信息停留在缓冲器中，导致对程序在那个位置崩溃的判断错误。

　　使用标准类库中的名称

　　细心的读者可能注意到这个程序使用了std::cout和std::endl而不是cout和endl。std::前缀表明cout和endl这两个名称是在std名字空间（namespace）中定义的。名字空间允许程序员避免在类库中定义的名称冲突。由于标准类库中定义的名称都定义在名字空间中，我们可以使用相同的名称。

　　类库使用名字空间的副作用是当使用某个类库中的名称的时候，我们必须明确地说明自己希望从std名字空间中使用某个名称。std::cout使用了范围操作符（scope operator，::）来说明我们使用的cout名称定义在std名字空间中。

　　从流中读取数据

　　输入提示信息之后，我们下一步需要读取用户的输入信息。我们先定义了两个变量（variable）v1和v2来保存输入信息：

int v1, v2;

　　我们把这些变量定义为整型（int），它是表现整数值的内建类型。这些变量没有被初始化，意味着我们没有给它们赋予初始值。我们第一次使用这些变量的时候就是把值读入它们里面，因此不赋予初始值也是正确的。

　　下一个语句

std::cin >> v1 >> v2;

　　读取输入信息。输入操作符（>>操作）与输出操作符的行为类似。它左边的操作数是流，右边的操作数是对象。它从流操作数中读取并把值存储到右边操作数中。与输出操作符类似，输入操作符返回左边的操作数。由于这种操作返回左边的操作数，我们就可以把一组输入请求合并成为一个语句。换句话说，这个输入操作等同于：

std::cin >> v1;
std::cin >> v2;

　　我们的输入操作的效果是从标准的输入中读取两个值，存储在v1和v2中。

　　完善程序

　　剩余的部分是输出结果：

std::cout << "The sum of " << v1 << " and " << v2
<< " is " << v1 + v2 << std::endl;

　　尽管这个语句比输出提示信息的语句长一些，但是它们本质上没有区别。它把每个操作数都打印到标准的输出中。其中有趣的是这些值的类型是不同的。有些操作数是字符文本，例如

"The sum of "

　　而其它的一些是整型值，例如v1、v2和算术表达式的结果：

v1 + v2

　　iostream类库定义了两种输入和输出操作符，它们能够接受所有的内建类型。

　　请注意：

　　编写C++程序的时候，在大多数情况下出现空格的时候都可以用新行代替。这条规则的例外是字符串文本中的空格不能用新行代替。另一个例外是预处理程序指令中的空格也不允许替代。

　　已初始化和未初始化的变量

　　在C++中初始化是一个很重要的概念。初始化变量指在定义的时候给变量赋值。未初始化变量没有赋予初始值：

int val1 = 0; // 初始化了的
int val2; // 未初始化的

　　给变量赋予初始值一般都是正确的，但是不一定是必要的。当我们能够肯定第一次使用变量的时候会给它赋予一个新值，就没有必要赋予初始值。

　　当我们定义变量的时候，我们必须给它赋予初始值，除非我们能够肯定在变量使用之前这个值会被覆盖（重载）。如果不能保证变量被读取之前先复位，我们就应该初始化它：

　　练习3：

　　在标准输出中打印出"Hello,World"。

　　练习4：

　　我们的程序使用内建的加操作符（+）来生成两个数的和。编写一个程序使用乘操作符（*）生成两个数字的积。

　　练习5：

　　我们把输出信息写在一个长的语句中了。重新编写这个程序，使用独立的语句输出每一个操作数。

　　练习6：

　　解释下面的程序片段的功能：

std::cout << "The sum of " << v1;
<< " and " << v2;
<< " is " << v1 + v2
<< std::endl;

　　这段代码合法吗？如果合法，是为什么？如果不合法，又是为什么？

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