C++ 标准输入输出

C++语言本身并未定义任何输入输出语句，转而通过 STL 标准库来提供 IO 机制。

这主要通过三种方式实现：

• OOP-style Stream-based I/O Library - 面向对象风格的基于流的 I/O 库
• Print-based Family Of Functions - 基于打印的函数族，自C++23起
• C-style I/O Functions - C 风格 I/O 函数的标准集合

现在我们主要谈论基于流的 I/O 机制

流的概念

IO 库中使用最多的可能是 iostream 库。库名中的“stream”，即“流”，是计算机邻域的核心概念。

根据 C++ Primer, Fifth Edition 里的说法：The term stream is intended to suggest that the characters are generated, or consumed, sequentially over time. （术语“流”想要表达的是，随着时间的推移，字符是顺序生成或消耗的。）

简单来说，可以认为 IO 设备中写入或读出的字符序列，就像水流一样，从一个地方"流"到另一个地方。

标准输入输出对象

标准库定义了4个IO对象。

为了处理输入，我们使用一个名为 cin 的 istream 类型的对象。这个对象也被称为标准输入（standard input）。对于输出，我们使用一个名为 cout 的 ostream 类型的对象。此对象也被称为标准输出（standard output）。

标准库还定义了其他两个 ostream 对象，名为 cerr 和 clog。我们通常用 cerr 来输出警告和错误消息，因此它也被称为标准错误（standarderror）。而 clog 用来输出程序运行时的一般性信息。

系统通常将程序所运行的窗口与这些对象关联起来。因此，当我们读取cin，数据将从程序正在运行的窗口读入，当我们向cout、cerr和clog写入数据时，将会写到同一个窗口。

为什么要定义多个输出对象？

主要是为了职责分离。不同类型的信息放不同的通道里，有几个好处：

① 可以单独重定向

比如在 Linux Shell 命令行执行：

./myapp > out.log 2> err.log

或是在 Windows CMD 里运行

test.exe > out.txt 2> err.txt

• > 会重定向 stdout（cout、clog）
• 2> 会重定向 stderr（cerr）

这样就可以把正常信息、错误信息分开保存，便于排查。

比如：使用 find 命令查找文件位置时，每每遍历到需要 root 权限的系统目录，就会恼人地提示该路径“权限不够”。若将所有错误信息（包括权限错误）重定向到空设备，只显示成功找到的目录，输出会清爽很多。

sudo find / -name ".ssh" -type d 2>/dev/null

② 输出时机不同

• cerr 是无缓冲的，程序崩溃前的最后一个错误消息能保证马上显示出来。
• cout 和 clog 都是缓冲的，可能等到缓冲区满或者 flush 才输出。

③ 便于调试和日志管理

写大型程序或者多线程程序的时候，cout 和 cerr/clog 分离可以很方便地区分：

• 哪些是用户可见的正常输出
• 哪些是程序员需要看的调试信息或错误提示

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    cout << "程序正常运行中" << endl;
    clog << "日志记录：已经进入主函数" << endl;
    cerr << "错误：文件未找到" << endl;
    return 0;
}