C++启蒙课程：第17章输入、输出和文件

我们将学习数据“小水滴”如何在“管道”中流动，控制“缓冲区”，并使用“记忆卷轴”（文件）实现永久存储！

🌊

管道与缓冲区 (cout)

学习“数据水流”如何进入“暂存水桶”（缓冲区），以及 `endl` 如何“立即倾倒”。

🚦

智能水闸 (cin)

掌握“守卫机器人”`cin`如何检查输入，以及 `fail()` 状态灯和三步修复魔法。

📜

记忆卷轴 (fstream)

学习“文件管理员” `ofstream` 和 `ifstream` 如何读写“永久记忆卷轴”。

课时一：管道与缓冲区：流模型与输出

（覆盖知识点 17.1 - 17.2.4）

17.1.1 “暂存水桶” (缓冲区)

数据（水滴）先进入“暂存水桶”（缓冲区）。水桶满或 `endl`（立即倾倒）时，才真正发送到屏幕。

输出缓冲区 (水桶):

// 17.2.3 刷新
// endl 会换行并“立即倾倒”缓冲区
cout << "Hello" << endl;

// \n 只换行, 不保证立即倾倒
cout << "World\n";
                    

17.2.4 格式化“展示位”

`width()` 机器人为下一个项目划定“展示位”宽度。`precision()` 则控制小数点后的位数。

double pi = 3.14159265;

// 17.2.4 设置总字段宽度
cout.width(12); 
// 17.2.4 设置小数点后精度
cout.precision(5); 

cout << pi; // 输出: [ 3.14159]
            

课时二：智能水闸：输入与流状态

（覆盖知识点 17.2.2, 17.3）

17.3.2 “状态灯” (Stream States)

`cin` 有一个“状态灯”。输入正确时是 🟢 (good)。输入类型不匹配（如输入 "abc" 给 `int`）时，灯变 🟡 (fail)。

输入一个 int:

...

int num;
cin >> num;

// 17.3.2 检查状态灯
if (cin.fail()) {
    // 状态灯变为 🟡 (fail)
    cout << "输入不匹配！";
} else if (cin.good()) {
    // 状态灯为 🟢 (good)
}
                    

17.3.3 “三步修复魔法”

当状态灯变 🟡 (fail) 时，`cin` 会卡住。你必须用“三步魔法”来修复它：

输入缓冲区:

[a][b][c][\n]

1. cin.clear() (重置 🟡 -> 🟢)
2. cin.ignore() (启动吸尘器 🌪️)
3. 提示重新输入...

while (!(cin >> number)) {
    // 魔法 1: 重置状态灯
    cin.clear(); 
    // 魔法 2: 清理缓冲区 (吸尘)
    cin.ignore(100, '\n'); 
    // 魔法 3: 重新提示
    cout << "请重新输入: ";
}
                    

课时三：记忆卷轴：文件I/O与模式

（覆盖知识点 17.4.1 - 17.4.5）

17.4.1 “永久记忆卷轴” (fstream)

`ofstream` (写入) 和 `ifstream` (读取) 是“文件管理员”，帮你读写“记忆卷轴”。必须用 `is_open()` 检查是否成功。

"diary.txt" (记忆卷轴)

#include <fstream>

// 17.4.1 写入管理员
ofstream fout;
// 17.4.5 追加模式 (不覆盖)
fout.open("diary.txt", ios::app);

// 17.4.2 检查
if (!fout.is_open()) { ... }

fout << "New line.\n";
fout.close();
                    

课时四：格式魔法与数据定位

（覆盖知识点 17.2.4, 17.5, 17.4.6）

17.2.4 “格式魔法开关” (setf)

`setf()` 机器人帮你按下“格式开关”。例如 `ios_base::fixed` 强制使用定点表示法（非科学计数法）。

123.45678

double val = 123.45678;
// 17.2.4 按下 "定点" 开关
cout.setf(ios_base::fixed, 
          ios_base::floatfield);
cout.precision(2);
// 输出: 123.46

// 17.2.4 取消设置
cout.unsetf(ios_base::fixed);
                    

17.4.6 “数据定位GPS” (seek)

`seekg()` 就像GPS，允许你“瞬移”到文件的任意位置开始读取，而不是从头开始。

File:

📍

瞬移到位置 (0-4):

ifstream fin("file.txt");
// A B C D E

// 17.4.6 "GPS" 瞬移
// 从开头(beg) 偏移 2 个
fin.seekg(2, ios_base::beg);

char ch;
fin.get(ch); // 读取到 'C'
                    

编程实践与作业

是时候检验你作为“I/O流控制大师”的实力了！

练习 1：格式化输出 (17.2.4)

任务：

使用 width() 和 precision() 方法打印一个浮点数，要求总宽度为12，小数点后保留5位。

点击查看参考答案

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    double pi = 3.1415926535;

    // 17.2.4 设置小数点后精度
    cout.precision(5);
    // 17.2.4 设置总字段宽度
    cout.width(12);
    
    cout << pi << endl;
    // 输出: [ 3.14159] (前面有空格)
    return 0;
}
                            

练习 2：流状态恢复 (17.3)

任务：

编写一个程序，要求用户输入一个整数。如果输入失败（用户输入了字母），程序必须捕获 fail 状态，使用“三步修复魔法”（clear(), ignore(), 重新提示）来恢复输入流。

点击查看参考答案

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int number;
    cout << "请输入一个整数: ";

    while (!(cin >> number)) {
        // 17.3.2 检查状态灯
        cout << "警告! 输入无效。" << endl;

        // 17.3.3 三步修复魔法
        cin.clear(); // 1. 重置状态灯
        cin.ignore(100, '\n'); // 2. 清理缓冲区
        cout << "请重新输入: "; // 3. 重新提示
    }
    cout << "成功读取: " << number << endl;
    return 0;
}
                            

练习 3：文件追加 (17.4.5)

任务：

编写一个程序，要求用户输入一行文本，并将该文本写入到 "diary.txt" 中（使用 ios::app 追加模式）。

点击查看参考答案

#include <iostream>
#include <fstream> // 17.4.1
#include <string>
using namespace std;

int main() {
    string entry;
    getline(cin, entry);

    ofstream fout;
    // 17.4.5 使用 ios::app 模式
    fout.open("diary.txt", ios::app);

    if (!fout.is_open()) { // 17.4.2
        return 1; // 打开失败
    }
    fout << entry << endl;
    fout.close();
    return 0;
}
                            

练习 4：格式魔法 (17.2.4)

任务：

使用 setf() 和 precision() 强制以定点格式显示 double 值，并保留小数点后 3 位。

点击查看参考答案

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    double amount = 123.456789;

    // 17.2.4 设置定点
    cout.setf(ios_base::fixed, ios_base::floatfield);
    cout.precision(3); // 精度 3

    cout << "定点格式: " << amount << endl;
    // 输出: 123.457 (四舍五入)
    return 0;
}
                            

本章知识点总结与复习

核心概念	解释/功能	关键用法/示例
流 (Stream)	程序和I/O设备之间的数据传输抽象。	istream, ostream
缓冲区 (Buffer)	临时存储区域，提高I/O效率。	endl (刷新缓冲区)
流状态	描述流操作是否成功的标志 (Good, EOF, Fail, Bad)。	cin.fail()
状态恢复	三步魔法：`clear()` (重置), `ignore()` (清理)。	cin.clear(); cin.ignore();
文件I/O	通过 `ifstream` (读) 和 `ofstream` (写) 交互。	#include <fstream>
文件模式	控制文件打开方式，如 `ios::app` (追加)。	fout.open(..., ios::app);
格式化	使用 `width()`, `precision()`, `setf()` 控制输出外观。	cout.setf(ios_base::fixed);
随机存取	直接跳转到文件中任何位置进行读写。	fin.seekg(), fout.seekp()

C++启蒙课程：第17章 输入、输出和文件

管道与缓冲区 (cout)

智能水闸 (cin)

记忆卷轴 (fstream)

课时一：管道与缓冲区：流模型与输出

17.1.1 “暂存水桶” (缓冲区)

17.2.4 格式化“展示位”

课时二：智能水闸：输入与流状态

17.3.2 “状态灯” (Stream States)

17.3.3 “三步修复魔法”

课时三：记忆卷轴：文件I/O与模式

17.4.1 “永久记忆卷轴” (fstream)

课时四：格式魔法与数据定位

17.2.4 “格式魔法开关” (setf)

17.4.6 “数据定位GPS” (seek)

编程实践与作业

本章知识点总结与复习

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