【C++高阶(九)】C++类型转换以及IO流

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1. 前言

C语言中常见的类型转换有隐式类型
转换和强制转换,但是在面向对象的
语言中,这样使用未免太不优雅了!

本章重点:

本篇文章前半截着重讲解C++强制
转换的四种类型,以及为什么C++
需要自己设计一套类型转换.其中
会复习C语言的类型转换的方式.
后半截会讲解C++的IO流和文件IO
还会介绍string stream相关知识

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2. C语言类型转换的方式

在C语言中，如果赋值运算符左右两侧类型不同，或者形参与实参类型不匹配，或者返回值类型与接收返回值类型不一致时，就需要发生类型转化，C语言中总共有两种形式的类型转换：隐式类型转换和显式类型转换。

1. 隐式类型转化：编译器在编译阶段自动进行，能转就转，不能转就编译失败

int i = 1;
// 隐式类型转换
double d = i;
printf("%d, %.2f\n" , i, d);

2. 显式类型转化：需要用户自己处理

int* p = &i;
// 显示的强制类型转换
int address = (int) p;
printf("%x, %d\n" , p, address);

C语言类型转换的缺陷:

1. 隐式类型转化有些情况下可能会出问题：比如数据精度丢失
2. 显式类型转换将所有情况混合在一起，代码不够清晰

因此C++提出了自己的类型转化风格，注意因为C++要兼容C语言，所以C++中还可以使用C语言的转化风格。

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3. C++的强制类型转换

标准C++为了加强类型转换的可视性
引入了四种命名的强制类型转换操作符：

static_cast

reinterpret_cast

const_cast

dynamic_cast

下面将一一介绍它们的用法:

1. static_cast

static_cast用于非多态类型的转换（静态转换），编译器隐式执行的任何类型转换都可用static_cast，但它不能用于两个不相关的类型进行转换

double d = 12.34;
int a = static_cast<int>(d);//将d强制转换为int类型
cout<< a <<endl;

2. reinterpret_cast

reinterpret_cast操作符通常为操作数的位模式提供较低层次的重新解释，用于将一种类型转换为另一种不同的类型

double d = 12.34;
int a = static_cast<int>(d);
cout << a << endl;
// 这里使用static_cast会报错，应该使用reinterpret_cast
//int *p = static_cast<int*>(a);
int *p = reinterpret_cast<int*>(a);

3. const_cast

const_cast最常用的用途就是删除变量的const属性，方便赋值

const int a = 2;
int* p = const_cast<int*>(&a);
*p = 3;
cout << a << endl;
cout << *p << endl;

请注意,当你去测试这段代码时,确实不会报错,但是打印出来a的结果是2而不是3,*p的结果是3,这是因为当a被赋予const属性后,操作系统内部会做优化,每次使用a时会直接去寄存器中取,而不是去内存中取,显然,内存中的a已经被修改了!

4. dynamic_cast

dynamic_cast用于将一个父类对象的指针/引用转换为子类对象的指针或引用

• 向上转型：子类对象指针/引用->父类指针/引用(不需要转换，赋值兼容规则)
• 向下转型：父类对象指针/引用->子类指针/引用(用dynamic_cast转型是安全的)

注意：

1. dynamic_cast只能用于父类含有虚函数的类
2. dynamic_cast会先检查是否能转换成功，能成功则转换，不能则返回0

class A
{
public :
	virtual void f(){}
};
class B : public A
{};

void fun (A* pa)
{
	// dynamic_cast会先检查是否能转换成功，能成功则转换，不能则返回
	B* pb1 = static_cast<B*>(pa);
	B* pb2 = dynamic_cast<B*>(pa);
	cout<<"pb1:" <<pb1<< endl;
	cout<<"pb2:" <<pb2<< endl;
}
int main ()
{
	A a;
	B b;
	fun(&a);
	fun(&b);
	return 0;
}

用dynamic_cast转换只是安全的
并不代表一定能转换成功!

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4. RTTI介绍(了解)

RTTI：Run-time Type identification
即：运行时类型识别

C++通过以下方式来支持RTTI：
1. typeid运算符
2. dynamic_cast运算符
3. decltype

这三种方式我们都学过了,RTTI
属于了解内容

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5. C语言的输入输出和缓冲区

C语言中我们用到的最频繁的输入输出方式就是scanf ()与printf()。 scanf(): 从标准输入设备(键盘)读取数据，并将值存放在变量中。printf(): 将指定的文字/字符串输出到标准输出设备(屏幕)。注意宽度输出和精度输出控制。C语言借助了相应的缓冲区来进行输入与输出。如下图所示：

由于输入输出缓冲区是Linux系统
要学习的内容,所以这里就简单讲解

对输入输出缓冲区的理解：

1. 可以屏蔽掉低级I/O的实现，低级I/O的实现依赖操作系统本身内核的实现，所以如果能够屏蔽这部分的差异，可以很容易写出可移植的程序。
2. 可以使用这部分的内容实现“行”读取的行为，对于计算机而言是没有“行”这个概念，只有文件满了才会刷新,缓冲区的存在可以让用户有更好的体验,也就是行刷新

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6. C++IO流

C++系统实现了一个庞大的类库
其中ios为基类
其他类都是直接或间接派生自ios类

C++标准库提供了4个全局流对象cin、cout、cerr、clog，使用cout进行标准输出，即数据从内存流向控制台(显示器)。使用cin进行标准输入即数据通过键盘输入到程序中，同时C++标准库还提供了cerr用来进行标准错误的输出，以及clog进行日志的输出，从上图可以看出，cout、cerr、clog是ostream类的三个不同的对象，因此这三个对象现在基本没有区别，只是应用场景不同。

1. cin为缓冲流。键盘输入的数据保存在缓冲区中，当要提取时，是从缓冲区中拿。如果一次输入过多，会留在那儿慢慢用，如果输入错了，必须在回车之前修改，如果回车键按下就无法挽回了。只有把输入缓冲区中的数据取完后，才要求输入新的数据。
2. 输入的数据类型必须与要提取的数据类型一致，否则出错。出错只是在流的状态字state中对应位置位（置1），程序继续。
3. 空格和回车都可以作为数据之间的分格符，所以多个数据可以在一行输入，也可以分行输入。但如果是字符型和字符串，则空格（ASCII码为32）无法用cin输入，字符串中也不能有空格。回车符也无法读入。
4. cin和cout可以直接输入和输出内置类型数据，原因：标准库已经将所有内置类型的输入和输出全部重载了
5. 对于自定义类型，如果要支持cin和cout的标准输入输出，需要对<<和>>进行重载。

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7. C++文件IO流

C++根据文件内容的数据格式分为二进制文件和文本文件。采用文件流对象操作文件的一般步骤：

1. 定义一个文件流对象
   ifstream ifile(只输入用)
   ofstream ofile(只输出用)
   fstream iofile(既输入又输出用)
2. 使用文件流对象的成员函数打开一个磁盘文件，使得文件流对象和磁盘文件之间建立联系
3. 使用提取和插入运算符对文件进行读写操作，或使用成员函数进行读写
4. 关闭文件

struct ServerInfo
{
	char _address[32];
	int _port;
	Date _date;	
};
struct ConfigManager
{
public:
ConfigManager(const char* filename)
	:_filename(filename)
{}
void WriteBin(const ServerInfo& info)
{
	ofstream ofs(_filename, ios_base::out | ios_base::binary);
	ofs.write((const char*)&info, sizeof(info));
}
void ReadBin(ServerInfo& info)
{
	ifstream ifs(_filename, ios_base::in | ios_base::binary);
	ifs.read((char*)&info, sizeof(info));
}
    // C++文件流的优势就是可以对内置类型和自定义类型，都使用
    // 一样的方式，去流插入和流提取数据
    // 当然这里自定义类型Date需要重载>> 和 <<
    // istream& operator >> (istream& in, Date& d)
      // ostream& operator << (ostream& out, const Date& d)
void WriteText(const ServerInfo& info)
{
	ofstream ofs(_filename);
	ofs << info._address << " " << info._port<< " "<<info._date;
}
void ReadText(ServerInfo& info)
{
	ifstream ifs(_filename);
	ifs >> info._address >> info._port>>info._date;
}
private:
	string _filename; // 配置文件
};
int main()
{
	ServerInfo winfo = { "192.0.0.1", 80, { 2022, 4, 10 } };
	// 二进制读写
	ConfigManager cf_bin("test.bin");
	cf_bin.WriteBin(winfo);
	ServerInfo rbinfo;
	cf_bin.ReadBin(rbinfo);
	cout << rbinfo._address << " " << rbinfo._port <<" "
	<<rbinfo._date << endl;
	// 文本读写
	ConfigManager cf_text("test.text");
	cf_text.WriteText(winfo);
	ServerInfo rtinfo;
	cf_text.ReadText(rtinfo);
	cout << rtinfo._address << " " << rtinfo._port << " " <<
	rtinfo._date << endl;
	return 0;
}

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8. 总结以及拓展

本篇文章的内容不属于面试常考点,
但是了解了总比不了解号,没准面试官
问的偏,你这时就赢麻了(狗头)

拓展:

string stream的相关概念:

string stream介绍

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🔎 下期预告:C++11线程库🔍