11 Demystifying C++ IO
流
流是一个抽象概念，分为缓冲的和非缓冲的两种模式，可以与控制台、文件、字符串、固定大小的缓冲区绑定，进行输入或输出操作。输入流要关联一个源，输出流要关联一个目的地。流有位置概念，表示下一个要读取或者写入的位置。
<< 运算符是最常用的输出方式，除此之外，put() write() 分别输出一个字符和一个数组。
大部分的流是缓冲式的，flush() 的作用是立即写到输出流中。当遇到 std::endl、流要被销毁了、流缓冲区满了、相应的输入流有读请求，那么也会进行 flush()。
good() bad() fail() 可以用于判断流当前的状态。注意 good() == (!fail() && !eof())。也可以设置相应的异常 cout.exceptions(ios::failbit | ios::badbit | ios::eofbit);。clear() 可以清除标记。cout 自身也可以用于判断状态是否正常。输入判断状态的方式类似。
有一些控制输出的格式的方式。boolalpha noboolalpha 设置输出 bool 是数字还是 true false，默认是 noboolalpha。hex oct dec 设置输出数字的进制。fixed scientific defaultfloat 设置输出浮点数的格式。setprecision 设置浮点数的精度。setw 设置输出的宽度。setfill 设置填充字符。showpoint noshowpoint 设置无小数部分的数要不要输出小数点。put_money put_time 按照 locale 设置输出金额和时间格式。quoted
处理字符串中的特殊字符。这些都可以用 std::fmt 搞定。
最常见的输出方式是使用 >>，以空白字符做分割。如果不想遇到空白字符终止，可以使用 get()，返回当前字符并移动到下一个为止。unget() 与 get() 相应，放回一个字符，可以通过 fail() 检查是否成功。putback() 与 unget() 类似，不过可以放回去一个指定字符。peek() 仅读取字符但是不移动位置。由于读取一行数据是一个常用需求，因此 cin 有一个成员函数是 getline()，传入一个数组，读取一行数据，直到数组长度减一的数据，还有一个非成员函数版本，getline(cin, std::string)，无需管理 buffer，这两个版本还可以自定义分隔符，默认是 \n 换行符。
与输出类似，有一些控制输入的方式，比如 quoted get_money get_time boolalpha noboolalpha dec hex oct 这些与输出含义一致。skipws noskipws 是否要跳过空白，默认是 skipws。ws 表示要跳过当前空白。
特化 std::formatter 可以自定义输出用于 std::print() std::println()。
<< >> 来自定义流的输入输出。
字符串流
<sstream> 中提供了 std::istringstream std::ostringstream 用于从 std::string 读取、写数据到 std::string，std::ostringstream 成员函数 str() 得到 std::string。
这两个继承自 istream ostream，因此用法类似。
使用字符串流而不是字符串有几个优势：有当前位置信息，可以知道下一个要读写的地方；支持更强大的控制和本地化功能；性能更好。
基于 span 的流
C++23 引入了基于 span 的流，定义在 <spanstream>，ispanstream ospanstream spanstream，可以使用流的统一接口来读写一段固定大小的内存。
文件流
<fstream> 中定义了 std::ofstream std::ifstream。当处理文件的时候，检查和处理错误非常重要。当打开文件的时候，需要指定文件名和打开模式，模式如下表所示。
| CONSTANT | DESCRIPTION |
|---|---|
ios_base::app |
Open, and go to the end before each write operation. |
ios_base::ate |
Open, and go to the end once immediately after opening. |
ios_base::binary |
Perform input and output in binary mode as opposed to text mode. |
ios_base::in |
Open for input, start reading at the beginning. |
ios_base::out |
Open for output, start writing at the beginning, overwriting existing data. |
ios_base::trunc |
Option for out. Delete all existing data (truncate). |
ios_base::noreplace |
Option for out. Open in exclusive mode. Open will fail if the file already exists. |
ifstream 默认模式是 ios_base::in，ofstream 默认模式是 ios_base::out。
这些模式可以组合使用，比如以二进制模式打开文件并截断已有内容
std::ofstream std::ifstream 对象析构时会自动关闭底层文件，无需显式调用 close()。
seekp() seekg() 分别对应输出和输入流，可以跳转到任意位置。提供两个函数的原因是可能流既要输出又要输入。这俩函数有两个版本，第一个是跳转到绝对偏移，第二个额外提供一个位置，相对这个位置跳转多少偏移。位置类型是 std::streampos，偏移类型是 std::streamoff。整数类型可以隐式转到这两个类型。预定了三个很有用的位置 ios_base::beg ios_base::end ios_base::cur。
tellp() tellg() 分别对应输出和输入流，报告当前位置。
可以通过 input.tie(&output) 将输入流和输出流绑定起来，这样一旦需要访问输入流，那么输出流就必须 flush。也可以将两个文件输出连起来，这样做文件同步。cin 和 cout 也可以连起来。cerr 和 cout 连起来，这样有错误信息，cout 会 flush。解除绑定的方式是传入 nullptr。
双向流
即可以读也可以写，比如 fstream stringstream，支持 << 和 >> 两种操作，这也是 seek 和 tell 有两个版本 p g 的原因。
文件系统类
C++ 标准库包含文件系统相关的类库，定义在头文件 <filesystem>，std::filesystem 命名空间。
最基本的组件是 path，一个绝对路径或者相对路径，可以包含文件名，也可以不包含。string() 函数根据平台返回表示路径的字符串。append() /= 加一级路径，concat() += 仅仅是字符串操作，前者会插入路径分隔符而后者只是字符串操作。除此之外，还有 remove_filename() replace_filename() replace_extension() root_name() parent_path() extension() stem() filename() has_extension() is_absolute() is_relative() 等函数。
用 path 可以构造一个 directory_entry，支持 exists() is_directory() is_regular_file() file_size() last_write_time() 等操作。
类库还提供了很多帮助方法。比如 copy() 可以拷贝文件或者目录，create_directory() 新建一个目录，exists() 查询文件或目录是否存在，file_size() 返回文件大小，last_write_time() 获取最后更新时间，remove() 删除文件，temp_directory_path() 得到一个存放临时文件的目录，space() 查询文件系统的可用空间。
使用 path 可以构造一个 recursive_directory_iterator，然后从 path 开始遍历，++ 移动到下一个对象，* 用于访问。结束的迭代器是默认构造一个 recursive_directory_iterator。path 也能构造一个 directory_iterator，遍历当前目录，但是不递归，我们用后者自己实现前者。