C++面向对象程序设计 - 输入输出流进一步研究

        在C++中,输入输出流(I/O)是一个强大的特性,它允许程序与各种输入/输出设备(如键盘、显示器、文件等)进行交互。C++标准库中的<iostream>头文件定义了基本的输入输出流类,如std::cin(用于输入)、std::cout(用于输出)和std::cerr(用于错误输出)。

        这篇将通过一些实例进一步了解输入输出流的相关知识。

一、标准输出流

题目:输入三角形的三边a,b,c,计算三角形的面积的公式是:

area=\sqrt{s(s-a)(s-b)(s-c)}

s=\frac{a+b+c}{2}

构成三角形的条件是:a+b>c,b+c>a,c+a>b
编写程序,输入a,b,c检查a,b,c是否满足以上条件,如不满足,由cerr输出有关出错信息。

解释:此题相对较容易,只要输入三个数值满足三角形条件即可,例如:10、15、20。通过cin输入10 15 20后,使用if判断,当三个条件都不满足时并且在前面添加非(!)则为true,显示错误信息。如果都满足,则进后后续计算并输出结果。

示例代码如下:

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

int main(){
	float a, b, c, s, area;			// 定义变量
	// 输出a,b,c数值
	cin >>a >>b >>c;
	// 判断条件
	if(!((a + b > c) && (b + c > a) && (c + a > b))) {
		cerr <<"The entered values a,b, and c do not meet the conditions" <<endl;
	} else{
		// 满足条件情况下进行计算
		s = (a + b + c) / 2;				// 计算出s的值
		// 计算面积的值
		area = sqrt(s * (s - a) * (s - b) * (s - c));
		// 输出结果
		cout <<"Result:" <<area <<endl;
	}
	
	return 0;
}

        运行后结果如下图:

二、格式输出与字符串流

题目:从键盘输入一批数值,要求保留3位小数,在输出时上下行小数点对齐。

解释:此题将通过三块知识来实现:

  1. 首先是通过iostream类中的cin输入和cout输出,从键盘获取数据并输出显示结果;
  2. 再通过sstream类中的ostringstream输出字符串流对象,将最大值max转换为字符串并赋值给string类型变量str;再通过string类型中的size()函数获取字符长度,作为每行显示的最大宽度。
  3. 最后设置格式状态,按题中要求进行输出显示。

示例代码如下:

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

int main(){
	double nums[3];
	cout <<"Please enter the value" <<endl;
	// 输入数值
	for(int i = 0; i < 3; i++) cin >>nums[i];
	cout <<endl;
	// 计算出最大值,以便获取每行数据显示最大宽度值
	double max = nums[0];
	for(int i = 1; i < 3; i++) if(max < nums[i]) max = nums[i];
	// 装载到输出字符串流中
	ostringstream oss;
	// 插入字符串数据
	oss <<max;
	// 将字符串流 赋值给string类型变量str
	string str = oss.str();				

	// 对齐输出三位数
	cout.precision(3);					// 保留3位小数
	cout.setf(ios::fixed);				// 以浮点数格式输出
	cout.setf(ios::right);				// 右对齐
	// 循环输出
	for(int i = 0; i < 3; i++) {
		cout.width(str.size());			//通过最大值获取每行最大显示范围
		cout <<nums[i] <<endl;
	}
	return 0;
}

        运行后结果如下图:

三、输出三角形

题目:在显示屏上显示一个由字母B组成的三角形。

解释:此题要实现由字母B组成的三角形,则需要使用嵌套for循环。每行的前半部分得先输出空格字符来占位,后部分再输出B字母。另外还须保证每行输出字母B的个数为奇数,这样才能保证每列中字母是竖向对齐。下面代码中几点的说明:

  1. 当在 i 的值偶数行时输出;
  2. 虽然size为20,但i<size并且为偶数行时才输出,所以此三角形只显示10行。
  3. 前半部分通过m<(size-i)/2限制,所以只能输出1~9个空格字符;第一行中前半部分输出9个空字符,第10位刚显示显示字母B,在三角形正中间位置。
  4. 后部分由于n>=0,所以i为0且i%2==0时,第一行输入一个字母B;当i为2且i%2==0时,n满足条件值为0,1,2输出三个字母B;当i为4且i%2==0时,n满足条件值为0,1,2,3,4输出5个字母B。以此类推,则每行显示字母B个数都为奇数。

示例代码:

#include <iostream>
using namespace std;

int main(){
	int size = 20;
	for(int i = 0; i < size; i++){
		// 偶数部分输出
		if(i%2==0){
			// 前半部分(空白填充)
			for(int m = 0; m < (size - i)/2; m++) cout <<" ";
			// 后部分(输出字符B)
			for(int n = i; n < size && n >= 0; n--) cout <<"B";
			cout <<endl;
		}
	}
	return 0;
}

        运行后结果如下图:

四、输入和输出文件流

        建立两个磁盘文件file1.txt和file2.txt,编程序实现以下工作:

(1)题目一:创建并存储数据

        从键盘输入20个数,分别存放在两个磁盘文件中(每个文件中放10个整数);

示例代码如下:

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>
using namespace std;
int main(){
	// 定义文件名称 
	string file1 = "file1.txt", file2 = "file2.txt";
	int len = 20;		// 定义整数长度
	int nums[len];		// 定义数组存储数值
	// 输入20个整数,并分别存入两个文件中
	cout <<"Please enter 20 integer values:" <<endl;
	for(int i = 0; i < len; i++) cin >>nums[i];
	ofstream ofs;		// 定义输出文件流对象
	ofs.open(file1);		// 打开file1.txt文件,并输出
	if(!ofs.is_open()){
		cerr <<"Open " <<file1 <<" error.";
		exit(1);
	} else{
		// 插出数据
		for(int i = 0; i < len; i++) ofs <<nums[i] <<' ';
	}
	ofs.close();				// 关闭流文件
	ofs.open(file2);			// 打开file2.txt
	if(!ofs.is_open()){
		cerr <<"Open " <<file2 <<" error.";
		exit(1);
	} else{
		// 插出数据
		for(int i = 0; i < len; i++) ofs <<nums[i] <<' ';
	}
	ofs.close();				//关闭流文件
	return 0;
}

        运行后结果如下图:

        执行后,目录中侧生成file1.txt和file2.txt文件,并且内部已存入相同的20个整数值。如下图:

(2)题目二:读取并追加数据

        从file1.txt读入10个数,然后存放到file2.txt文件原有数据的后面;

示例代码如下:

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>
using namespace std;
int main(){
	// 定义文件名称 
	string file1 = "file1.txt", file2 = "file2.txt";
	// 定义整数长度
	int len = 10;
	// 定义数组存储数值
	int nums[len];	
	ifstream ifs(file1);		// 定义输入文件流对象,并打开file1.txt文件	
	// 将数据存储数组num2中
	for(int i = 0; i < len; i++) {
		ifs >>nums[i];
		cout <<nums[i] <<" ";
	}
	// 写入到file2.txt文件中,并追加
	ofstream ofs(file2, ios::app);					// 定义输出文件流对象
	for(int i = 0; i < len; i++) ofs <<nums[i] <<' ';
	return 0;
}

        运行结果如下图:

        此时file2.txt中则追加了file1.txt前10个整数,ios::app为打开文件并在后追加数据方式。如下图:


(3)题目三:读取并排序

        从file2.txt中读入20个整数,将它们按小到大的顺序存放到file2.txt(不保留原来的数据)。

示例代码:

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>
using namespace std;
int main(){
	// 定义文件名称 
	string file2 = "file2.txt";
	int len = 20;				// 定义整数长度
	// 定义数组存储数值
	int nums[len];	
	ifstream ifs(file2);		// 定义输入文件流对象,并打开file2.txt文件	
	// 将数据存储数组num2中
	for(int i = 0; i < len; i++) ifs >>nums[i];
	// 对数组nums进行排序(冒泡排序)
	int temp;
	for(int i = 0; i < len - 1; i++){
		for(int j = i + 1; j < len; j++){
			if(nums[i] > nums[j]){
				temp = nums[j];
				nums[j] = nums[i];
				nums[i] = temp;
			}
		}
	}
	// 覆盖写入到file2.txt文件中
	ofstream ofs(file2);					// 定义输出文件流对象
	for(int i = 0; i < len; i++) {
		cout <<nums[i] <<' ';		//输出控制台显示结果
		ofs <<nums[i] <<' ';		//输出到file2.txt文件中
	}
	return 0;
}

        运行后结果如下图:

        此时file2.txt中则为排序后整数,之前内容直接被覆盖。如下图:

五、二进制文件的操作

编程序实现以下功能:

(1)题目一:创建对象并存储

        按职工号由小到大的顺序将5个员工的数据(包括职工号、姓名、年龄、工资)输出到磁盘文件中保存。

示例代码:

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>
using namespace std;
// 定义员工类
class Employee{
	private:
		int num;
		char name[50];
		int age;
		float wage;
	public:
		Employee(int num, const char* nameStr, int age, float wage):
			num(num), age(age), wage(wage){
			strncpy(name, nameStr, sizeof(name) - 1); // 复制nameStr到name,并确保最后一个字符是'\0'  
			name[sizeof(name) - 1] = '\0';
		}
		// 打印学员信息
		void print() const {
			cout <<"num:" <<num <<", name:" <<name <<", age:" <<age <<", wage:" <<wage <<endl;
		}
};

int main(){
	// 定义员工类数组,存储5位员工信息
	Employee s[5] = {
		Employee(100, "Tom", 30, 5000.0f),
		Employee(101, "John", 29, 5500.0f),
		Employee(102, "Lily", 29, 5500.0f),
		Employee(103, "Marry", 24, 4500.0f),
		Employee(104, "Make", 23, 4500.0f)
	};
	// 定义输出文件流对象
	ofstream outfile("employee.txt", ios::binary);
	if(!outfile){
		cerr <<"Open employee.txt error.";
		abort();
	}
	// 循环输出员工信息
	for(int i = 0; i < 5; i++){
		outfile.write((char *)&s[i], sizeof(s[i]));
	}
	outfile.close();			//关闭文件流
	return 0;
}

        运行后文件以二进制形式输出并存储到employee.txt文件中,如下图:


(2)题目二:追加员工信息

        从键盘输入两个员工的数据(职工号大于已有的职工号),增加到文件的末尾。

示例代码:

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>
using namespace std;
// 定义员工类
class Employee{
	private:
		int num;
		char name[50];
		int age;
		float wage;
	public:
		Employee(){}
		Employee(int num, const char* nameStr, int age, float wage):
			num(num), age(age), wage(wage){
			strncpy(name, nameStr, sizeof(name) - 1); // 复制nameStr到name,并确保最后一个字符是'\0'  
			name[sizeof(name) - 1] = '\0';
		}
		// 打印学员信息
		void print() const {
			cout <<"num:" <<num <<", name:" <<name <<", age:" <<age <<", wage:" <<wage <<endl;
		}
};

int main(){
	// 定义员工类数组,存储新员工信息
	Employee s[2];
	// 定义临时变化接收输入数据
	int num, age;
	char name[50];
	float wage;
	for(int i = 0; i < 2; i++){
		cout <<"Please enter your employee information:" <<endl;
		cin >>num >>name >>age >>wage;
		s[i] = Employee(num, name, age, wage);
	}
	// 定义输出文件流对象
	ofstream outfile("employee.txt", ios::binary|ios::app);
	if(!outfile){
		cerr <<"Open employee.txt error.";
		abort();
	}
	// 循环输出员工信息
	for(int i = 0; i < 2; i++){
		outfile.write((char *)&s[i], sizeof(s[i]));
	}
	outfile.close();			//关闭文件流
	return 0;
}

运行后结果如下图:

此时employee.txt文件中已追加两条数据,如下图:


(3)题目三:读取全部员工信息

        输出文件中全部职工的数据。

示例代码:

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>
using namespace std;
// 定义员工类
class Employee{
	private:
		int num;
		char name[50];
		int age;
		float wage;
	public:
		Employee(){}
		Employee(int num, const char* nameStr, int age, float wage):
			num(num), age(age), wage(wage){
			strncpy(name, nameStr, sizeof(name) - 1); // 复制nameStr到name,并确保最后一个字符是'\0'  
			name[sizeof(name) - 1] = '\0';
		}
		// 打印学员信息
		void print() const {
			cout <<"num:" <<num <<", name:" <<name <<", age:" <<age <<", wage:" <<wage <<endl;
		}
};

int main(){
	// 定义文件流对象,读取员工信息
	ifstream infile("employee.txt", ios::binary);
	if(!infile){
		cerr <<"Open employee.txt error.";
		abort();
	}
	// 定义数组,存储员工信息
	Employee list[7];
	for(int i = 0; i < 7; i++){
		infile.read((char*)&list[i], sizeof(list[i]));		// 将数据写入到数组中
		list[i].print();
	}
	infile.close();
	return 0;
}

        运行后结果如下图:


(4)题目四:查询员工信息

        从键盘输入一个号码,从文件中查找有无此职工号,如有则显示此职工是第几个职工,以及此职工的全部数据。如有没,就输出“无此人”。可以反复多次查询,如果输入查找的职工号为0,就结束查询。

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>
using namespace std;
// 定义员工类
class Employee{
	private:
		int num;
		char name[50];
		int age;
		float wage;
	public:
		Employee(){}
		Employee(int num, const char* nameStr, int age, float wage):
			num(num), age(age), wage(wage){
			strncpy(name, nameStr, sizeof(name) - 1); // 复制nameStr到name,并确保最后一个字符是'\0'  
			name[sizeof(name) - 1] = '\0';
		}
		// 获取职工号
		int getNum() const{
			return num;
		}
		// 打印学员信息
		void print() const {
			cout <<"num:" <<num <<", name:" <<name <<", age:" <<age <<", wage:" <<wage <<endl;
		}
};

int main(){
	// 定义文件流对象,读取员工信息
	ifstream infile("employee.txt", ios::binary);
	if(!infile){
		cerr <<"Open employee.txt error.";
		abort();
	}
	// 定义数组,存储员工信息
	Employee list[7];
	for(int i = 0; i < 7; i++){
		infile.read((char*)&list[i], sizeof(list[i]));		// 将数据写入到数组中
		list[i].print();
	}
	cout <<endl;
	infile.close();
	
	// 执行查询
	int num;			// 定义接收num变量
	do{
		cout <<"Please enter the employee number:" ;
		cin >>num;			// 输入职工号
		// 开始查询
		int index;			//索引
		Employee* e = nullptr;
		for(int i = 0; i < 7; i++){
			if(list[i].getNum() == num){
				index = i + 1;
				e = &list[i];
			}
		}
		// 如果员工存在,则显示结果
		if(e != nullptr){
			cout <<"Index:" <<index <<endl;
			e->print();
		} 
		// 不存在,显示“查无此人”
		else if(num != 0) cout <<"No such person" <<endl;
		else if(num == 0) cout <<"End of query." <<endl;
		cout <<endl;
	} while(num != 0);		//num不为0则继承查询
	
	return 0;
}

        运行结果如下图:

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