在 C++ 程式設計的旅程中，輸入輸出（I/O）操作是我們從第一行代碼就開始接觸的核心功能。這一切都建立在 iostream 標準庫之上。與 C 語言的 stdio.h 採用函數調用方式不同，C++ 的 iostream 庫從設計之初就採用了多重繼承與虛擬繼承，構建出一個完整的面向對象層次結構，作為標準庫組件提供給程式設計師使用。
iostream 不僅為內置類型（如 int、double 等）提供輸入輸出支持，還支援文件操作。更關鍵的是，類的設計者可以通過擴展 iostream 庫，實現自定義類型的輸入輸出操作。為什麼需要「擴展」？我們來看一個對比範例：
#include <stdio.h>
#include <iostream>
using namespace std;
class Test {
public:
Test(int a=0, int b=0) : a(a), b(b) {}
int a, b;
};
int main() {
Test t(100, 50);
printf("%???", t); // C 風格：格式不明確
scanf("%???", t); // C 風格：格式不明確
cout << t << endl; // C++ 風格：同樣不夠明確
cin >> t; // C++ 風格：同樣不夠明確
system("pause");
return 0;
}
由於自定義類的特殊性，無論使用 C 風格的 printf/scanf 還是 C++ 的 cout/cin，編譯器都無法知道如何輸出或輸入 Test 對象。C 語言缺乏運算符重載機制，導致 stdio 庫無法擴展；而 C++ 則可以通過重載 << 和 >> 運算符，讓 iostream 庫識別自定義類型，從而明確輸入輸出的格式與行為。
C 風格的 I/O 本質是函數調用（printf、scanf），而 C++ 的 I/O 則是基於對象模型：cout 是 ostream 類的對象，cin 是 istream 類的對象。這體現了 C++ 面向對象的設計哲學。
我們熟悉的輸入輸出操作分別由 istream（輸入流）和 ostream（輸出流）提供。為了支援雙向操作，iostream 類由這兩者派生而來。其繼承關係如下圖所示：
iostream 庫預定義了三個標準流對象：
istream 對象），默認關聯鍵盤，用於從設備讀取數據。ostream 對象），默認關聯顯示器，用於向設備寫入數據。ostream 對象），僅允許向螢幕輸出錯誤信息，且不經緩衝區直接輸出。輸出由重載的左移運算符（<<）完成，輸入由重載的右移運算符（>>）完成。>> a 表示將數據讀入對象 a，<< a 表示將對象 a 的數據輸出。
cout 是 ostream 類的全局對象，構造時關聯 C 的標準輸出設備 stdout。在 iostream.h 中，ostream 類為每種基本數據類型提供了友元函數重載 << 運算符，例如：
ostream& operator<<(ostream &temp, int source);
ostream& operator<<(ostream &temp, char *ps);
語句 cout << "www.cndev-lab.com" 實際調用的是 operator<<(ostream&, char*)。由於返回值是流對象的引用，引用可作為左值，因此支援鏈式輸出：cout << "A" << "B"。
iostream 還支援文件流操作，相關類定義在 fstream.h 中，主要包含三個類：
ifstream：輸入文件流（讀取文件）ofstream：輸出文件流（寫入文件）fstream：輸入輸出文件流（讀寫文件），由 iostream 派生
文件設備非標準默認設備，無預定義全局對象，需自行定義對象。以 ofstream 為例，其構造函數原型為：
ofstream::ofstream(const char *filename, int mode = ios::out, int openprot = filebuf::openprot);
常用 mode 屬性：
| 屬性 | 說明 |
|---|---|
ios::app | 追加模式打開文件 |
ios::ate | 打開後定位到文件尾 |
ios::binary | 二進制模式（默認文本模式） |
ios::in | 輸入模式打開 |
ios::out | 輸出模式打開 |
ios::trunc | 文件存在則清空（長度設為0） |
屬性可用按位或（|）組合，如 ios::out | ios::binary。
#include <fstream>
using namespace std;
int main() {
ofstream myfile("c:\\1.txt", ios::out | ios::trunc, 0);
myfile << "中國軟件開發實驗室" << endl << "網址：" << "www.cndev-lab.com";
myfile.close();
system("pause");
return 0;
}
使用完畢應調用 close() 關閉文件。追加模式（ios::app）建議配合文件狀態檢查：
ofstream myfile("c:\\1.txt", ios::app, 0);
if (!myfile) { // 或 myfile.fail()
cout << "文件打開失敗，可能為只讀！";
exit(1);
}
也可先定義對象，再用 open() 顯式關聯文件：
ofstream myfile;
myfile.open("c:\\1.txt", ios::out | ios::app, 0);
#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>
using namespace std;
int main() {
ifstream myfile;
myfile.open("c:\\1.txt", ios::in, 0);
if (!myfile) {
cout << "文件讀取錯誤";
exit(1);
}
char ch;
string content;
while (myfile.get(ch)) { // 讀到文件尾返回 false
content += ch;
cout.put(ch); // 或 cout << ch;
}
myfile.close();
cout << content;
system("pause");
return 0;
}
此處使用 get() 逐字符讀取，put() 逐字符輸出。string 需包含 <string> 頭文件。
fstream 對象可對同一文件進行讀寫，初始化時必須顯式指定 mode 和 openprot：
fstream myfile;
myfile.open("c:\\1.txt", ios::out | ios::app, 0); // 寫入
// ...
myfile.close();
myfile.open("c:\\1.txt", ios::in, 0); // 讀取
// ...
字串流類控制字符串對象的輸入輸出，支援 C++ 風格（string）和 C 風格（字符數組）字符串。C 風格字串流相關類定義在 strstream.h：
istrstream：輸入字串流（從字符數組讀取）ostrstream：輸出字串流（向字符數組寫入）strstream：雙向字串流
同樣無預定義對象，需通過構造函數創建。istrstream 構造函數：
istrstream::istrstream(const char *str, int size);
size=0 表示連接以 \0 結尾的字符串。
#include <iostream>
#include <strstream>
using namespace std;
int main() {
char *name = "www.cndev-lab.com";
int arraysize = strlen(name) + 1;
istrstream is(name, arraysize);
char temp;
is >> temp;
cout << temp;
system("pause");
return 0;
}
#include <iostream>
#include <strstream>
using namespace std;
int main() {
int arraysize = 1;
char *pbuffer = new char[arraysize];
ostrstream ostr(pbuffer, arraysize, ios::out);
ostr << arraysize << ends; // 必須用 ends 結束
cout << pbuffer;
delete[] pbuffer;
system("pause");
return 0;
}
輸出到 ostrstream 時需用 ends 結束字符串，否則有溢出風險。
