输入与输出¶

输入输出是程序与用户交互的基本方式。C语言使用 printf/scanf 函数族进行格式化I/O，而C++提供了基于流的 cin/cout 对象。两者在类型安全、可扩展性和使用便利性上存在显著差异。

从C语言的I/O说起¶

C语言的输入输出¶

C语言通过 <stdio.h> 中的 printf 和 scanf 函数进行格式化输入输出。

C风格的I/O

#include <stdio.h>

int main() {
    int age;
    double height;
    char name[50];

    // 输出
    printf("Enter your name: ");

    // 输入
    scanf("%s", name);

    printf("Enter your age: ");
    scanf("%d", &age);

    printf("Enter your height: ");
    scanf("%lf", &height);

    // 格式化输出
    printf("Name: %s, Age: %d, Height: %.2f\n", name, age, height);

    return 0;
}

C语言I/O的问题¶

C风格I/O的主要问题

问题	说明	示例
类型不安全	格式字符串与参数类型不匹配时，编译器不报错	`printf("%d", 3.14)` 输出错误
缓冲区溢出	`scanf` 不检查数组边界	`scanf("%s", name)` 可能越界
可扩展性差	自定义类型无法直接输出	需要单独编写打印函数
格式字符串复杂	需要记忆大量格式说明符	`%d`、`%f`、`%s`、`%p` 等
参数数量不匹配	格式字符串与参数个数不一致时，行为未定义	多参数或少参数

类型不安全的后果

// 格式字符串与参数类型不匹配
int n = 10;
double d = 3.14;
printf("%d\n", d);   // 输出错误（未定义行为）
printf("%f\n", n);   // 输出错误（未定义行为）

// 缓冲区溢出风险
char buffer[10];
scanf("%s", buffer); // 输入超过 10 个字符时溢出

C++的流式I/O¶

基本概念¶

C++使用流（Stream） 的概念进行输入输出。流是字节序列的抽象，数据从源流向目标。

C++标准I/O流

对象	用途	对应C
`cin`	标准输入（键盘）	`scanf` / `stdin`
`cout`	标准输出（屏幕）	`printf` / `stdout`
`cerr`	标准错误（无缓冲）	`fprintf(stderr, ...)`
`clog`	标准错误（有缓冲）	`fprintf(stderr, ...)`

基本的cin/cout使用

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int age;
    double height;
    string name;

    // 输出
    cout << "Enter your name: ";

    // 输入
    cin >> name;

    cout << "Enter your age: ";
    cin >> age;

    cout << "Enter your height: ";
    cin >> height;

    // 链式输出
    cout << "Name: " << name
         << ", Age: " << age
         << ", Height: " << height << endl;

    return 0;
}

类型安全¶

C++的 cin/cout 是类型安全的，编译器会根据变量类型自动选择合适的输入输出方式。

类型安全的优势

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int n = 10;
    double d = 3.14;
    const char* s = "hello";

    // 编译器自动识别类型，无需格式字符串
    cout << "int: " << n << endl;      // 10
    cout << "double: " << d << endl;   // 3.14
    cout << "string: " << s << endl;   // hello

    // 类型不匹配时，编译器会报错或进行类型转换
    // cout << n; 和 cout << d; 调用不同的重载版本

    return 0;
}

cout 的详细使用¶

基本输出操作¶

cout 使用 << 操作符将数据输出到标准输出。

输出不同类型

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

int main() {
    int n = 42;
    double pi = 3.1415926;
    string msg = "Hello";

    // 基本输出
    cout << "n = " << n << endl;
    cout << "pi = " << pi << endl;
    cout << "msg = " << msg << endl;

    // 链式输出
    cout << "n = " << n << ", pi = " << pi << ", msg = " << msg << endl;

    return 0;
}

格式化输出¶

使用 <iomanip> 头文件中的操纵符可以控制输出格式。

常用格式化操纵符

#include <iostream>
#include <iomanip>
using namespace std;

int main() {
    double pi = 3.14159265358979;

    cout << "=== 控制小数位数 ===" << endl;
    cout << "默认: " << pi << endl;
    cout << fixed << "fixed: " << pi << endl;
    cout << setprecision(2) << "setprecision(2): " << pi << endl;
    cout << setprecision(4) << "setprecision(4): " << pi << endl;

    cout << "\n=== 控制宽度和对齐 ===" << endl;
    cout << setw(10) << "ID" << setw(15) << "Name" << endl;
    cout << setw(10) << 1 << setw(15) << "Alice" << endl;
    cout << setw(10) << 2 << setw(15) << "Bob" << endl;

    cout << "\n=== 控制填充字符 ===" << endl;
    cout << setfill('*') << setw(10) << 42 << endl;
    cout << setfill(' ') << setw(10) << 42 << endl;

    cout << "\n=== 控制进制 ===" << endl;
    int n = 255;
    cout << "dec: " << dec << n << endl;   // 255
    cout << "hex: " << hex << n << endl;   // ff
    cout << "oct: " << oct << n << endl;   // 377
    cout << dec;  // 恢复十进制

    cout << "\n=== 控制布尔输出 ===" << endl;
    bool flag = true;
    cout << "boolalpha: " << boolalpha << flag << endl;   // true
    cout << "noboolalpha: " << noboolalpha << flag << endl; // 1

    return 0;
}

运行结果：

=== 控制小数位数 ===
默认: 3.14159
fixed: 3.141593
setprecision(2): 3.14
setprecision(4): 3.1416

=== 控制宽度和对齐 ===
        ID           Name
         1          Alice
         2            Bob

=== 控制填充字符 ===
*******42
      42

=== 控制进制 ===
dec: 255
hex: ff
oct: 377

=== 控制布尔输出 ===
boolalpha: true
noboolalpha: 1

cin 的详细使用¶

基本输入操作¶

cin 使用 >> 操作符从标准输入读取数据，自动根据变量类型进行解析。

读取不同类型的数据

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

int main() {
    int i;
    double d;
    string s;
    char c;

    // 读取不同类型
    cout << "Enter an int: ";
    cin >> i;

    cout << "Enter a double: ";
    cin >> d;

    cout << "Enter a string: ";
    cin >> s;

    cout << "Enter a char: ";
    cin >> c;

    cout << "You entered: " << i << ", " << d
         << ", " << s << ", " << c << endl;

    return 0;
}

链式输入¶

cin 支持链式操作，可以一次读取多个值。

链式输入

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int a, b, c;

    // 链式输入：输入用空格或换行分隔
    cout << "Enter three integers: ";
    cin >> a >> b >> c;

    cout << "Sum: " << a + b + c << endl;

    return 0;
}

输入整行字符串¶

cin >> 以空白符（空格、制表符、换行）作为分隔符。要读取包含空格的整行，需使用 getline()。

getline 的使用

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

int main() {
    string fullName;
    string city;

    cout << "Enter your full name: ";
    getline(cin, fullName);   // 读取整行

    cout << "Enter your city: ";
    getline(cin, city);

    cout << "Name: " << fullName << endl;
    cout << "City: " << city << endl;

    return 0;
}

指定分隔符¶

getline 可以指定第三个参数作为分隔符。

自定义分隔符

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

int main() {
    string part1, part2, part3;

    cout << "Enter data (format: part1,part2,part3): ";
    getline(cin, part1, ',');
    getline(cin, part2, ',');
    getline(cin, part3);

    cout << "Part1: " << part1 << endl;
    cout << "Part2: " << part2 << endl;
    cout << "Part3: " << part3 << endl;

    return 0;
}

cin 与 getline 的混合使用

使用 cin >> 后调用 getline 时，需要处理残留的换行符：

int age;
string name;

cout << "Enter age: ";
cin >> age;
cin.ignore();   // 忽略换行符

cout << "Enter name: ";
getline(cin, name);

输入状态检查¶

cin 提供了状态检查功能，可以检测输入是否成功。

检查输入状态

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int value;

    cout << "Enter an integer: ";
    cin >> value;

    if (cin.fail()) {
        cout << "Invalid input!" << endl;
        cin.clear();           // 清除错误状态
        cin.ignore(100, '\n'); // 忽略错误输入
    } else {
        cout << "You entered: " << value << endl;
    }

    return 0;
}

C vs C++ I/O 对比¶

全面对比

对比项	C语言（printf/scanf）	C++（cin/cout）
类型安全	✗ 格式字符串与参数需匹配	✓ 编译器自动识别类型
缓冲区溢出	✗ 容易发生	✓ 安全（使用 string）
可扩展性	✗ 自定义类型需单独处理	✓ 可重载 `<<` 和 `>>`
语法简洁性	较复杂（格式字符串）	较简洁（链式操作）
格式化控制	格式字符串（`%d`、`%f` 等）	操纵符（`setw`、`setprecision` 等）
性能	通常较快	略慢（可优化）
C++推荐	不推荐（C风格）	✓ 推荐

性能说明

在默认情况下，C++的 cin/cout 为了与C的 stdio 同步，性能比 printf/scanf 略慢。如果不需要同步，可以取消：

ios::sync_with_stdio(false);   // 取消与C标准I/O的同步
cin.tie(nullptr);               // 取消 cin 与 cout 的绑定

这样可以显著提升 C++ I/O 的性能。

字符串流¶

C++提供了字符串流（stringstream），可以在内存中对字符串进行类似流的操作，非常实用。

stringstream 的使用

#include <iostream>
#include <sstream>
#include <string>
using namespace std;

int main() {
    // 1. 字符串 → 数据（解析）
    string data = "42 3.14 Hello";
    stringstream ss(data);

    int n;
    double d;
    string s;

    ss >> n >> d >> s;
    cout << "Parsed: n=" << n << ", d=" << d << ", s=" << s << endl;

    // 2. 数据 → 字符串（格式化）
    stringstream out;
    out << "Value: " << n << ", PI: " << d;
    string result = out.str();
    cout << "Formatted: " << result << endl;

    // 3. 数值与字符串互转
    // 字符串 → 数值
    string numStr = "123";
    int num;
    stringstream(numStr) >> num;
    cout << "num + 10 = " << num + 10 << endl;   // 133

    // 数值 → 字符串
    int value = 456;
    stringstream ss2;
    ss2 << value;
    string str = ss2.str();
    cout << "str = \"" << str << "\"" << endl;

    return 0;
}

小结¶

C++流式I/O的特点：
类型安全：编译器自动识别类型。
语法简洁：链式操作，无需格式字符串。
可扩展：通过运算符重载支持自定义类型。
cin/cout 的使用：
cin >> var 读取数据，cout << var 输出数据。
getline(cin, str) 读取整行（包含空格）。
链式操作：cin >> a >> b >> c。
格式化输出：
<iomanip> 头文件中的操纵符：
setw(n)：设置宽度。
setprecision(n)：设置精度。
fixed、scientific：设置浮点格式。
boolalpha：输出 true/false。
dec、hex、oct：设置进制。
输入状态检查：
cin.fail()：检查输入是否失败。
cin.clear()：清除错误状态。
cin.ignore()：忽略缓冲区中的字符。
字符串流：stringstream 实现了字符串与数据之间的转换。