C++Primer（第5版）

第1章 开始

C++ 核心语法本身不含 IO 语句，其输入输出功能完全由全面的标准库实现。

核心概念：什么是“流”

• 基础核心：C++ 使用 iostream 库处理输入输出。
• 基础类型：包含 istream（输入流）和 ostream（输出流）两个核心类型。
• 概念定义：流（stream）是一个随时间推移而顺序生成或消耗的字符序列。
• 数据流动：字符序列从 IO 设备读出，或写入到 IO 设备中。

标准库的 4 个 IO 对象

标准库一共定义了 4 个基础 IO 对象：

• cin (发音 see-in)：istream 类型对象，被称为标准输入，用于处理输入。
• cout (发音 see-out)：ostream 类型对象，被称为标准输出，用于处理输出。
• cerr (发音 see-err)：ostream 类型对象，被称为标准错误，通常用于输出警告和错误消息。
• clog (发音 see-log)：ostream 类型对象，专门用于输出程序运行时的一般性日志信息。

向流写入数据

main 函数体执行的表达式使用了 输出运算符（<<） 在标准输出上打印消息：

std::cout << "Enter two numbers:" << std::endl;

输出运算符（<<）的运算法则

• 运算对象：接受两个运算对象。

  • 左侧：必须是一个 ostream 对象（例如 std::cout）。
  • 右侧：是要打印的值。

• 计算结果：向给定 ostream 写入给定值，其计算结果是其左侧的 ostream 对象。

• 链式拼接：因为返回左侧对象，多个 << 可以连接起来。上述表达式等价于：

  (std::cout << "Enter two numbers:") << std::endl;
  

  链中每个运算符的左侧运算对象都是相同的（本例中是 std::cout）。它与分成两条语句生成的输出相同：

  std::cout << "Enter two numbers:";
  std::cout << std::endl;
  

打印对象详解

• 字符串字面值常量 (string literal)：即 "Enter two numbers:"，是用一对双引号包围的字符序列，文本会被打印到标准输出。
• 操纵符 (manipulator)：即 endl，是一个特殊值。
  • 核心效果：结束当前行（换行）。
  • 关键作用：将与设备关联的缓冲区 (buffer) 中的内容刷新到设备中。
  • 目的：保证到目前为止程序产生的所有输出都真正写入输出流中，而不是仅停留在内存中等待写入。

:warning: WARNING：调试提示

• 原则：调试用的打印语句应该保证“一直”刷新流。
• 风险：如果程序崩溃，输出可能还留在缓冲区中，从而导致关于程序崩溃位置的错误推断。

std::endl 和 '\n'

在 C++ 中，std::endl 和 '\n' 都能实现换行，但它们的底层机制、性能表现以及安全特性有着本质的区别。

1. 核心区别：是否刷新缓冲区

• '\n'（换行符）：
  • 机制：单纯的字符常量。它只负责将光标移到下一行，并将数据写入内存缓冲区，通常不会立刻触发硬件设备的物理写入。
• std::endl（操纵符）：
  • 机制：换行并强行刷新缓冲区。它等价于先输出 '\n'，然后立刻调用 std::flush()，逼迫内存缓冲区中的数据实时写到屏幕或文件中。

2. 维度对比

3. 开发中的选型建议

• 大批量数据输出、循环体内部：首选 '\n'
  在需要打印大量文本（如文件写入或高频循环）时，频繁使用 std::endl 会因不断刷新硬件而造成严重的性能瓶颈。

  // :cross_mark: 低效示范：会严重拖慢运行速度
  for (int i = 0; i < 100000; ++i) {
      std::cout << i << std::endl; 
  }
  
  // :trophy: 高效示范：运行速度成倍提升
  for (int i = 0; i < 100000; ++i) {
      std::cout << i << '\n'; 
  }
  

• 程序调试、错误记录、交互提示：首选 std::endl
  正如你刚才阅读的课本警告，如果程序发生崩溃，留在缓冲区的数据会直接丢失。为了确保能看到最后的输出以定位 Bug，调试或输出关键日志时必须使用 std::endl。

  std::cout << "正在读取数据库..." << std::endl;
  run_dangerous_code(); // 如果此处崩溃，上一句提示依然能成功显示在屏幕上
  

使用标准库中的名字

1. 为什么使用 std:: 前缀？

• 前缀含义：std::cout 和 std::endl 中的前缀 std::，指明了 cout 和 endl 这两个名字是定义在名为 std 的命名空间（namespace） 中的。
• 核心作用：命名空间可以帮助我们避免不经意的名字定义冲突，以及避免因使用库中相同名字而导致的冲突。
• 标准库规定：标准库定义的所有名字都在命名空间 std 中。

2. 显式说明的“副作用”与操作符

• 副作用：通过命名空间使用标准库时，每次使用库中的名字，都必须显式说明我们想使用来自命名空间 std 中的名字（例如必须写成 std::cout）。
• 作用域运算符（::）：我们通过使用 作用域运算符（::），来指出我们想使用定义在命名空间 std 中的名字 cout。

:light_bulb: 提示：更简单的访问标准库中名字的方法（ using namespace std; 声明）。

从流读取数据

在提示用户输入数据之后，接下来需要读入用户的输入。首先可以定义两个变量 v1 和 v2 来保存输入：

int v1 = 0, v2 = 0;

• 内置类型：int 是一种内置类型，用来表示整数。
• 初始化 (initialize)：将这两个变量定义为 int 类型并初始化为 0。初始化一个变量，就是在变量创建的同时为其赋予一个值。

输入运算符（>>）的运算法则

下一条读入输入数据的语句是：

std::cin >> v1 >> v2;

• 运算对象：与输出运算符（<<）类似，它接受两个运算对象。

  • 左侧：必须是一个 istream 对象（例如 std::cin）。
  • 右侧：作为其右侧运算对象。它从给定的 istream 读入数据，并存入给定对象中。

• 计算结果：输入运算符返回其左侧的 istream 对象作为其计算结果。

• 链式拼接：由于运算符返回其左侧运算对象，因此可以将一系列输入请求合并到单一语句中。上述表达式等价于：

  (std::cin >> v1) >> v2;
  

  本例中的输入操作从 std::cin 读入两个值，并将第一个值存入 v1，将第二个值存入 v2。换句话说，它与下面两条语句的执行结果是一样的：

  std::cin >> v1;
  std::cin >> v2;