C++ 格式化、文件 I/O 和命名空间

介绍

在本实验中，你将学习 C++ 中的格式化、文件 I/O 和命名空间。你将学习如何格式化输出、如何格式化输入、如何读写文件以及如何使用命名空间。

Skills Graph

内容预览

使用 <iomanip> 中的 I/O 操纵符（manipulators）来格式化输入和输出。

<fstream> 头文件提供了 ifstream（输入文件流）和 ofstream（输出文件流）用于文件的输入和输出。

• 格式化输入和输出
• 文件输入和输出
• 命名空间（Namespace）

使用 IO 操纵符（Header <iomanip>）格式化输入/输出

<iomanip> 头文件提供了所谓的 I/O 操纵符（manipulators）用于格式化输入和输出：

• setw(int field-width)：为 下一个 IO 操作设置 字段宽度。setw() 是 非粘性 的，必须在每次 IO 操作之前调用。每次操作后，字段宽度会重置为默认值（仅足以容纳字段的宽度）。
• setfill(char fill-char)：设置填充字符以填充到 字段宽度。
• left|right|internal：设置对齐方式。
• fixed/scientific（用于浮点数）：使用定点表示法（例如，12.34）或科学计数法（例如，1.23e+006）。
• setprecision(int numDecimalDigits)（用于浮点数）：指定小数点后的位数。
• boolalpha/noboolalpha（用于 bool）：将 bool 值显示为字母字符串（true/false）或 1/0。

/* 测试格式化输出 */
#include <iostream>
#include <iomanip>    // 需要包含此头文件以进行格式化 I/O
using namespace std;

int main() {
   // 浮点数
   double pi = 3.14159265;
   cout << fixed << setprecision(4); // 固定格式，保留 4 位小数
   cout << pi << endl;
   cout << "|" << setw(8) << pi << "|" << setw(10) << pi << "|" << endl;
      // setw() 是非粘性的，仅适用于下一个操作。
   cout << setfill('-');
   cout << "|" << setw(8) << pi << "|" << setw(10) << pi << "|" << endl;
   cout << scientific;  // 使用科学计数法显示指数
   cout << pi << endl;

   // 布尔值
   bool done = false;
   cout << done << endl;  // 打印 0（表示 false）或 1（表示 true）
   cout << boolalpha;     // 打印 true 或 false
   cout << done << endl;
   return 0;
}

输出：

3.1416
|  3.1416|    3.1416|
|--3.1416|----3.1416|
3.1416e+00
0
false

/* 测试格式化输入 */
#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <string>
using namespace std;

int main() {
   string areaCode, phoneCode;
   string inStr;

   cout << "输入你的电话号码，格式为 (xxx)xxx-xxxx : ";
   cin.ignore();   // 跳过 '('
   cin >> setw(3) >> areaCode;
   cin.ignore();   // 跳过 ')'
   cin >> setw(3) >> phoneCode;
   cin.ignore();   // 跳过 '-'
   cin >> setw(4) >> inStr;
   phoneCode += inStr;

   cout << "电话号码是 (" << areaCode << ")"
        << phoneCode.substr(0, 3) << "-"
        << phoneCode.substr(3, 4) << endl;
   return 0;
}

输出：

输入你的电话号码，格式为 (xxx)xxx-xxxx :  254 845 9946
电话号码是 (254)845-9946

文件输入/输出

为了测试文件输入和输出，首先创建一个名为 in.txt 的文件，并在其中写入一些用空格分隔的整数。执行后，计算结果将被写入一个名为 out.txt 的文件。

/* 测试文件 I/O
   从输入文件中读取所有整数，并将平均值写入输出文件 */
#include <iostream>
#include <fstream>   // 文件流
#include <cstdlib>
using namespace std;

int main() {
   ifstream fin;   // 输入流
   ofstream fout;  // 输出流

   // 尝试打开输入文件
   fin.open("in.txt");
   if (!fin.is_open()) {
      cerr << "错误：打开输入文件失败" << endl;
      abort();  // 异常终止程序（位于 <cstdlib> 中）
   }

   int sum = 0, number, count = 0;
   while (fin >> number) {
      // 使用 >> 读取
      cout << number << " ";
      sum += number;
      ++count;
   }
   double average = double(sum) / count;
   cout << "Count = " << count << " average = " << average << endl;
   fin.close();

   // 尝试打开输出文件
   fout.open("out.txt");
   if (!fout.is_open()) {
      cerr << "错误：打开输出文件失败" << endl;
      abort();
   }
   // 使用 << 将平均值写入输出文件
   fout << average;
   fout.close();
   return 0;
}

输出：

12 15 35 26 68 Count = 5 average = 31.2

程序说明：

• 文件一旦打开，你可以使用 >> 和 << 进行输入和输出，类似于 cin >> 和 cout <<。（高级说明：ifstream 是 istream 的子类，cin 属于 istream。ofstream 是 ostream 的子类，cout 属于 ostream。）
• 类似地，IO 操纵符（如 fixed、setprecision() 和 setw()）也适用于文件流。

命名空间（Namespace）

当你使用不同的库模块时，总是存在名称冲突的可能性，因为不同的库可能会为不同的目的使用相同的名称。这个问题可以通过在 C++ 中使用 命名空间 来解决。命名空间 是同一命名作用域下的标识符集合。（在 UML 和 Java 中，它被称为 包。）命名空间下的实体名称由命名空间名称限定，后跟 ::（称为作用域解析运算符），形式为 namespace::entityName。

要将实体放置在命名空间下，请使用关键字 namespace，如下所示：

// 创建一个名为 myNamespace 的命名空间，用于包含以下实体
namespace myNameSpace {
   int foo;               // 变量
   int f() { ...... };    // 函数
   class Bar { ...... };  // 复合类型，如类和结构体
}

// 引用这些实体时，使用
myNameSpace::foo
myNameSpace::f()
myNameSpace::Bar

命名空间可以包含变量、函数、数组以及类和结构体等复合类型。

#include <iostream>

namespace a {   // 包含变量
   int i1 = 8;
   int i2 = 9;
}

namespace b {   // 包含函数
   int max(int n1, int n2) {
      return (n1 > n2) ? n1 : n2;
   }
}

int main() {
   std::cout << a::i1 << std::endl;                // 8
   std::cout << b::max(a::i1, a::i2) << std::endl; // 9
}

输出：

8
9

使用命名空间

// 使用完全限定名称，
// 例如 std::cout、std::endl、std::setw() 和 std::string。
std::cout << std::setw(6) << 1234 << std::endl;

// 使用 using 声明来声明特定的标识符。
using std::cout;
using std::endl;
......
cout << std::setw(6) << 1234 << endl;

// 使用 using namespace 指令。
using namespace std:
......
cout << setw(6) << 1234 << endl;

// 对于较长的命名空间名称，你可以为其定义一个简写（或别名）
namespace shorthand = namespace-name;

总结

文件输入/输出的步骤如下：

1. 创建一个 ifstream 用于输入，或 ofstream 用于输出。
2. 通过 open(filename) 将流连接到输入或输出文件。
3. 通过流插入运算符 << 执行格式化输出，或通过流提取运算符 >> 执行输入，类似于 cout << 和 cin >>。
4. 关闭文件并释放流。

在 C++ 中，实体（变量、函数或类）属于 全局命名空间（通过 :: 标识，没有命名空间名称）。