什么是流？C++流类和流对象

程序中常用的 cin 和 cout，分别用于从键盘输入数据和向屏幕输出数据（简称为标准 I/O）。除此之外，程序还可以从文件中读入数据，以及向文件中写入数据（简称为文件 I/O)。

数据输入和输出的过程也是数据传输的过程。数据像水一样从一个地方流动到另一个地方，因此，在 C++ 中将此过程称为 “流（stream）”。

在 C++ 的标准类库中，将用于进行数据输入输出的类统称为“流类”。cin 是流类 istream 的对象，cout 是流类 ostream 的对象。要使用流类，需要在程序中包含 iostream 头文件。

C++ 中常用的几个流类及其相互关系如图1所示。 

图1：C++类库中的流类

图1中的箭头代表派生关系。例如，ios 是抽象的基类，它派生出 istream 和 ostream。 istream 和 ostream 又共同派生了 iostream 类。

为了避免多继承的二义性，从 ios 派生出 istream 和 ostream 时，均使用了 virtual 关键字（虚继承）。

• istream 是用于输入的流类，cin 就是该类的对象。
• ostream 是用于输出的流类，cout 就是该类的对象。
• ifstream 是用于从文件读取数据的类。
• ofstream 是用于向文件写入数据的类。
• iostream 是既能用于输入，又能用于输出的类。
• fstream 是既能从文件读取数据，又能向文件写入数据的类。

标准流对象

iostream 头文件中定义了四个标准流对象，它们是 cin、cout、cerr 和 clog。

• cin 对应于标准输入流，用于从键盘读取数据，也可以被重定向为从文件中读取数据。
• cout 对应于标准输出流，用于向屏幕输出数据，也可以被重定向为向文件写入数据。
• cerr 对应于标准错误输出流，用于向屏幕输出出错信息，不能被重定向。
• clog 对应于标准错误输出流，用于向屏幕输出出错信息，不能被重定向。

cerr 和 clog的区别在于：cerr 不使用缓冲区，直接向显示器输出信息；而输出到 clog 中的信息会先被存放到缓冲区，缓冲区满或者刷新时才输出到屏幕。

cout 是 ostream 类的对象。在 Visual Studio 2010 安装文件夹中有vc\crt\src\cout.cpp文件，该文件中 cout 的定义如下：

_PURE_APPDOMAIN_GLOBAL static filebuf fout(_cpp_stdout);
_PURE_APPDOMAIN_GLOBAL extern _CRTDATA2 ostream cout (&fout);

简单地看，就是：

ostream cout(&fout);

ostream 类的无参构造函数和复制构造函数都是私有的，因此在程序中一般无法定义 ostream 类的对象，唯一能用的 ostream 类的对象就是 cout。

当然，上面关于 cout 对象的定义语句说明 ostream 类是有一个公有构造函数的，如果知道这个构造函数是什么样的，那么也能自己定义 ostream 类的对象——但这么做并无必要。

cout 可以被重定向，而 cerr 不能。所谓重定向，就是将输入的源或输出的目的地改变。例如，cout 本来是输出到屏幕上的，但是经过重定向，本该输出到屏幕上的东西就可以被输出到文件中。

例如下面的程序：

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
    int x,y;
    cin >> x >> y;
    freopen("test.txt", "w", stdout);  //将标准输出重定向到 test.txt文件
    if( y == 0 )  //除数为0则输出错误信息
        cerr << "error." << endl;
    else
        cout << x /y ;
    return 0;
}

第 7 行的 freopen 是一个标准库函数，第二个参数 w 代表写模式，第三个参数代表标准输出。该语句的作用是将标准输出重定向为 test.txt 文件。

重定向之后，所有对 cout 的输出都不再出现在屏幕上，而是出现在 test.txt 文件中。

test.txt 文件会和本程序的可执行文件出现在同一个文件夹中。重定向仅对本程序有效，不影响其他程序。

运行本程序，输入

6 2↙

程序没有输出，但是打开 test.txt文件，可以看到文件中有

3

如果输入

4 0↙

则程序在屏幕上输出

error.

说明 cerr 不会被重定向。

cin 也是可以被重定向的。如果在程序中加入

freopen("input.dat", "r", stdin);

第二个参数 r 代表读入方式，第三个参数 stdin 代表标准输入。执行此语句后，cin 就不再从键盘读入数据，而是从 input.dat 文件中读人数据，input.dat 文件中有什么，就相当于从键盘输入了什么。