### C++程序设计讲义：输入输出流
#### 13.1 C++的输入和输出
在C++中，输入输出（I/O）是非常重要的基础概念之一，它涉及到程序如何与外部环境交互，比如从键盘接收用户输入、向屏幕显示结果、读写文件等。C++提供了一套强大的I/O类库来支持这些操作。按照数据来源的不同，C++的I/O可以分为三类：
1. **标准I/O**：即对系统指定的标准设备的输入输出，例如键盘和屏幕。
2. **文件I/O**：即以外存磁盘文件为对象的输入输出。
3. **串I/O**：即对内存中指定的空间进行的输入输出。
为了实现数据的有效流动，C++系统提供了庞大的I/O类库，通过调用不同的类去实现不同的功能，并且采用了不同的方法来实现上述三种输入输出。
#### 13.2 标准输出流
标准输出流通常指的是将数据发送到屏幕上的操作。在C++中，标准输出流主要通过`cout`对象来实现，它是`ostream`类的一个实例，定义在`iostream`头文件中。`cout`对象提供了多种输出操作符，如`<<`，可以方便地将各种类型的数据输出到屏幕上。
示例代码：
```cpp
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
int a = 10;
cout << "The value of a is: " << a << endl; // 输出: The value of a is: 10
return 0;
}
```
#### 13.3 标准输入流
标准输入流通常指的是从键盘接收数据的操作。在C++中，标准输入流主要通过`cin`对象来实现，它也是`istream`类的一个实例，同样定义在`iostream`头文件中。`cin`对象提供了多种输入操作符，如`>>`，可以方便地从键盘读取数据。
示例代码：
```cpp
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
int a;
cout << "Enter the value of a: ";
cin >> a;
cout << "The value you entered is: " << a << endl;
return 0;
}
```
#### 13.4 文件操作与文件流
除了标准输入输出外，C++还支持从文件读取数据和向文件写入数据的操作，即文件I/O。这些操作主要通过`fstream`头文件中的`ifstream`（输入文件流）、`ofstream`（输出文件流）和`fstream`（双向文件流）类来实现。
示例代码（打开并读取文件）：
```cpp
#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>
using namespace std;
int main() {
ifstream inputFile("example.txt");
string line;
if (inputFile.is_open()) {
while (getline(inputFile, line)) {
cout << line << endl;
}
inputFile.close();
} else {
cout << "Unable to open file" << endl;
}
return 0;
}
```
#### 13.5 字符串流
字符串流是一种特殊的I/O流，主要用于内存中的字符串处理。在C++中，可以通过`strstream`头文件中的`ostringstream`和`istringstream`类来实现字符串流的操作。这种流非常适合于在内存中构造字符串或者解析字符串。
示例代码：
```cpp
#include <iostream>
#include <sstream>
using namespace std;
int main() {
ostringstream strStream;
strStream << "Hello, World!";
string result = strStream.str();
cout << "Constructed string: " << result << endl;
return 0;
}
```
总结来说，C++的I/O类库不仅提供了类型安全的特性，而且具有良好的可扩展性，能够支持不同类型数据的输入输出。通过使用这些内置的I/O类库，开发人员可以轻松实现复杂的数据交互逻辑，提高编程效率。
