【STL】iostream 编程：输入/输出替换选项

本文介绍一下输入/输出替换选项的几种方法。

1 输入输出的可选方案

微软 C++编译器提供了多种 I/O 编程方案：

1. C运行时库无缓冲直接 I/O
   • 头文件 <io.h>，API：_open，_read，_write，_close；
   • 没有缓冲区，调用一次就直接调用操作系统内核接口；
   • 适合底层硬件读写、二进制大块数据；
   • 优点：控制粒度极强；
   • 缺点：频繁调用会产生大量系统调用，性能差；
2. ANSI C标准库流式 I/O （stdio）
   • FILE*、fopen、fprintf、fread、fwrite；
   • 自带用户层缓冲区，减少系统调用；
   • 支持格式化文本输出；
   • 纯 C 过程式写法，没有面向对象封装，没有类型安全；
3. 控制台与串口的硬件直写 I/O
   • 直接调用 Windows 控制台 API、串口API，绕过标准库；
   • 多用于工控程序、串口通信、控制台高级颜色与光标控制；
4. MFC 微软基础类库
   • CFile、CStdioFile
   • 封装了文件读写，自带窗口消息环境，只适用于 MFC 项目；
5. C++标准库 iostream（cin / cout / ifstream / ostringstream）
   • 带缓冲的格式化文本读写（日常日志、文本文件）；
   • 不依赖 MFC 时，作为纯 C++ 的二进制读写方案；
   • 面向对象封装，运算符重载，支持自定义对象直接输出；

iostream 类适合带缓冲的格式化文本读写。如果想要纯 C++接口且不使用 MFC，它也可以处理无缓冲 I/O 与二进制文件读写。作为面向对象方案，它可以完全替代 C语言运行时 I/O 函数。

在 Windows 平台使用 iostream 时：字符串流与文件流不受任何限制。但字符控制台流 cin、cout、cerr、clog 和 Windows 图形界面程序不兼容。开发者也可以派生自定义流类，直接对接 Windows 系统环境。

2 Windows 下流对象的兼容性问题

1. 文件流 ifstream / ofstream、字符串流 stringstream
   • 完全独立，只操作内存与磁盘文件，不依赖控制台窗口，控制台程序、GUI窗口程序都能正常使用，没有任何限制；
2. 全局控制台流：cin、cout、cerr、clog
   • 这几个对象默认绑定控制台黑窗口；
   • Windows窗口 GUI项目（Win32/MFC）：程序本身没有控制台窗口，此时调用 cout 输出，内容无处打印，会出现输出失效、卡死、输出丢失问题；

3 方案选型列表

4 总结

1. MSVC 一共提供5套 IO 体系，覆盖从底层内核调用到高层面向对象封装；
2. iostream 是带缓冲的面向对象 IO 库，既能处理文本也能处理二进制，用来代替 C stdio；
3. Windows GUI 程序不能直接使用 cout/cin，但文件流与内存字符串流不受影响；
4. 想要把流输出写到窗口控件，可以继承流缓冲区，自定义实现 Windows 版本的流；