C++ STL 輸入輸出流全攻略：iostream、fstream 與 stringstream

流體系繼承圖譜

C++ I/O 庫以 ios_base 為根，basic_ios 模板化字符類型，istream/ostream 分別提供輸入/輸出，iostream 多重繼承雙向流。文件流 ifstream/ofstream/fstream、字符串流 istringstream/ostringstream/stringstream 對應不同數據源/池。

標準輸入輸出流（iostream）

基本操作

int i; float f; char s[20];
cin >> i >> f >> s;           // 連續提取，空白分隔
cout << "i=" << i << '\n'
     << "f=" << f << '\n'
     << "s=" << s << endl;     // endl 刷新緩衝區

讀取整行：get/getline

char s1[100], s2[100];
cin.get();              // 讀取並丟棄第一個字符（如 '?'）
cin.get(s1, 100, '\t'); // 讀至 Tab，Tab 留在流
cin.getline(s2, 100);   // 讀至換行，換行被丟棄
// s1="How are you?" s2="Fine,thank you!"

流狀態檢測與錯誤處理

每個流對象維護 iostate 位掩碼：

int x;
cin >> x;
if (cin.good()) { /* 成功 */ }
else if (cin.fail()) {
    cin.clear();      // 重置狀態位
    cin.get();        // 丟棄非法字符
    // 繼續讀取
}

文件流（fstream）

打開模式組合

ofstream out("data.txt", ios::out | ios::trunc); // 寫入，截斷
ifstream in("data.txt", ios::in);                // 讀取
fstream io("data.bin", ios::in | ios::out | ios::binary); // 讀寫二進制

文本文件讀寫

ofstream fout("test.txt");
fout << "Hello\nWorld\n";
fout.close();

ifstream fin("test.txt");
string line;
while (getline(fin, line)) cout << line << '\n';

二進制文件讀寫

struct Student { char name[20]; int id; };
Student s1{"張三", 15}, s2;

ofstream bout("data.bin", ios::binary);
bout.write(reinterpret_cast(&s1), sizeof(s1));
bout.close();

ifstream bin("data.bin", ios::binary);
bin.read(reinterpret_cast(&s2), sizeof(s2));

流緩衝區直接操作

ifstream fin("big.txt");
cout << fin.rdbuf(); // 直接輸出整個文件緩衝區，極快

流定位

fstream f("test.txt", ios::in|ios::out);
f.seekg(0, ios::beg);   // 讀位置移到開頭
f.seekp(10, ios::cur);  // 寫位置從當前前移 10
f.seekg(-5, ios::end);  // 從末尾倒數 5 字節
// 單參數版本：seekg(pos) 絕對定位

字符串流（stringstream）

在內存 string 上進行格式化 I/O，無文件/控制台開銷。

#include 
using namespace std;

string text = "100 3.14 hello world";
istringstream sin(text);
int a; float b; string c, d;
sin >> a >> b >> c >> d; // 解析

ostringstream sout;
sout << a << ' ' << b << ' ' << c << ' ' << d;
string combined = sout.str(); // 獲取內容

// 雙向流
stringstream ss;
ss << "initial";
ss.seekg(0);
string restored;
ss >> restored;

最佳實踐清單

1. 優先用 getline 讀文本行，避免 operator>> 留下換行符干擾後續讀取。
2. 檢查流狀態 而非假設成功，if (fin) 隱式調用 good()。
3. 二進制讀寫用 read/write + reinterpret_cast，注意結構體對齊與跨平台端序。
4. 大文件複製用 rdbuf() 直接操作緩衝區，避免逐字符/逐行開銷。
5. 字符串解析/構建用 stringstream，替代 sprintf/sscanf 類型安全。
6. RAII 管理流對象：局部變量自動 close()，異常安全。

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