C++I/O操作：异常、函数与操纵符详解

### C++ I/O 操作：异常、函数与操纵符详解 #### 1. C++11 之前的 I/O 异常 在 C++11 之前，`std::ios_base::failure` 类直接从 `std::exception` 类派生而来，并且只有一个接受 `std::string` 参数的构造函数，代码如下： ```cpp namespace std { class ios_base::failure : public exception { public: explicit failure (const string& msg); ... }; } ``` 这种设计带来了以下局限性： - 对于生成的异常对象，只能调用 `what()` 方法来获取一个与实现相关的失败原因字符串，不支持异常类别或值。 - 由于构造函数只接受 `std::string` 类型的参数，当传递字符串字面量时，必须包含 `<string>` 头文件（因为需要相应字符串构造函数的声明来实现到 `std::string` 的转换）。 #### 2. 标准输入/输出函数 可以使用本节介绍的成员函数进行读写操作，而不是使用流的标准运算符（`operator <<` 和 `operator >>`）。这些函数读写“未格式化”的数据，与 `>>` 和 `<<` 运算符读写“格式化”的数据不同。在读取时，本节描述的函数从不跳过前导空格，而 `>>` 运算符默认会跳过前导空格，这由哨兵对象处理。此外，这些函数处理异常的方式与格式化 I/O 运算符不同：如果抛出异常（无论是从被调用的函数抛出，还是由于设置状态标志），`badbit` 标志会被设置。如果异常掩码中设置了 `badbit`，则会重新抛出异常。 标准 I/O 函数使用在 `<ios>` 中定义的 `streamsize` 类型来指定计数： ```cpp namespace std { typedef ... streamsize; ... } ``` `streamsize` 通常是 `size_t` 的有符号版本，因为它也用于指定负值。 #### 3. 输入成员函数 对于输入流，C++ 标准库提供了几个成员函数来读取字符序列，不同函数的能力对比如下表所示（`s` 表示读取字符的字符序列）： | 成员函数 | 读取直到 | 字符数量 | 追加终止符 | 返回值 | | --- | --- | --- | --- | --- | | `get(s,num)` | 不包括换行符或文件结束符 | 最多 `num - 1` 个 | 是 | `istream` | | `get(s,num,t)` | 不包括 `t` 或文件结束符 | 最多 `num - 1` 个 | 是 | `istream` | | `getline(s,num)` | 包括换行符或文件结束符 | 最多 `num - 1` 个 | 是 | `istream` | | `getline(s,num,t)` | 包括 `t` 或文件结束符 | 最多 `num - 1` 个 | 是 | `istream` | | `read(s,num)` | 文件结束符 | `num` 个 | 否 | `istream` | | `readsome(s,num)` | 文件结束符 | 最多 `num` 个 | 否 | 计数 | 以下是一些具体的输入成员函数及其功能： - `int istream::get ()`： - 读取下一个字符。 - 返回读取的字符或 `EOF`。 - 一般来说，返回类型是 `traits::int_type`，`EOF` 是 `traits::eof()` 返回的值。对于 `istream`，返回类型是 `int`，`EOF` 是常量 `EOF`，因此该函数对应于 C 语言的 `getchar()` 或 `getc()`。 - 注意，返回值不一定是字符类型，可能是具有更大取值范围的类型，否则无法区分 `EOF` 和具有相应值的字符。 - `istream& istream::get (char& c)`： - 将下一个字符赋值给传入的参数 `c`。 - 返回流对象，流的状态表示读取是否成功。 - `istream& istream::get (char* str, streamsize count)` 和 `istream& istream::get (char* str, streamsize count, char delim)`： - 两种形式都会将最多 `count - 1` 个字符读取到 `str` 指向的字符序列中。 - 第一种形式在读取到对应字符集的换行符时停止读取，对于 `istream` 是 `'\n'`，对于 `wistream` 是 `wchar_t('\n')`，一般使用 `widen('\n')`。 - 第二种形式在读取到 `delim` 字符时停止读取。 - 两种形式都返回流对象，流的状态表示读取是否成功。 - 终止字符（`delim`）不会被读取。 - 读取的字符序列以空字符结尾。 - 调用者必须确保 `str` 有足够的空间来存储 `count` 个字符。 - `istream& istream::getline (char* str, streamsize count)` 和 `istream& istream::getline (char* str, streamsize count, char delim)`： - 这两种形式与 `get()` 函数的对应形式基本相同，区别在于： - 它们分别在包括换行符或 `delim` 字符（但不提前）时停止读取。因此，如果在 `count - 1` 个字符内出现换行符或 `delim` 字符，会读取该字符，但不会存储在 `str` 中。 - 如果读取的行超过 `count - 1` 个字符，会设置 `failbit`。 - `istream& istream::read (char* str, streamsize count)`： - 读取 `count` 个字符到 `str` 字符串中。 - 返回流对象，流的状态表示读取是否成功。 - `str` 中的字符串不会自动以空字符结尾。 - 调用者必须确保 `str` 有足够的空间来存储 `count` 个字符。 - 读取过程中遇到文件结束符被视为错误，除了设置 `eofbit` 外，还会设置 `failbit`。 - `streamsize istream::readsome (char* str, streamsize count)`： - 最多读取 `count` 个字符到 `str` 字符串中。 - 返回读取的字符数。 - `str` 中的字符串不会自动以空字符结尾。 - 调用者必须确保 `str` 有足够的空间来存储 `count` 个字符。 - 与 `read()` 函数不同，`readsome()` 函数使用缓冲区的 `in_avail()` 成员函数读取流缓冲区中所有可用的字符。当不希望等待输入（例如输入来自键盘或其他进程）时，这很有用。遇到文件结束符不被视为错误，不会设置 `eofbit` 或 `failbit`。 - `streamsize istream::gcount () const`： - 返回上一次未格式化读取操作读取的字符数。 - `istream& istream::ignore ()`、`istream& istream::ignore (streamsize count)` 和 `istream& istream::ignore (streamsize count, int delim)`： - 所有形式都会提取并丢弃字符。 - 第一种形式忽略一个字符。 - 第二种形式最多忽略 `count` 个字符。 - 第三种形式最多忽略 `count` 个字符，直到提取并丢弃 `delim` 字符。 - 如果 `count` 是 `std::numeric_limits<std::streamsize>::max()`（`std::streamsize` 类型的最大值），则会丢弃所有字符，直到遇到 `delim` 或文件结束符。 - 所有形式都返回流对象。 - 示例： - `cin.ignore(numeric_limits<std::streamsize>::max(),'\n');` 调用会丢弃该行的其余部分。 - `cin.ignore(numeric_limits<std::streamsize>::max());` 调用会丢弃 `cin` 的全部剩余内容。 - `int istream::peek ()`： - 返回流中即将读取的下一个字符，但不提取该字符，下一次读取仍会读取该字符（除非读取位置被修改）。 - 如果没有更多字符可供读取，则返回 `EOF`，`EOF` 是 `traits::eof()` 返回的值，对于 `istream` 是常量 `EOF`。 - `istream& istream::unget ()` 和 `istream& istream::putback (char c)`： - 这两个函数都会将最后读取的字符放回流中，以便下一次读取时再次读取该字符（除非读取位置被修改）。 - `unget()` 和 `putback()` 的区别在于，`putback()` 会检查传入的字符 `c` 是否确实是最后读取的字符