C++類型轉(zhuǎn)換和IO流操作處理教程

更新時間：2023年08月01日 10:59:54 作者：一朵貓貓菇

這篇文章主要給大家介紹了關(guān)于C++類型轉(zhuǎn)換和IO流操作處理的相關(guān)資料,標(biāo)準(zhǔn)C++為了加強類型轉(zhuǎn)換的可視性,引入了四種命名的強制類型轉(zhuǎn)換操作符,文中給出了詳細(xì)的代碼示例,需要的朋友可以參考下

前言

首先我們看看C語言中的類型轉(zhuǎn)換：

在 C 語言中，如果 賦值運算符左右兩側(cè)類型不同，或者形參與實參類型不匹配，或者返回值類型與 接收返回值類型不一致時，就需要發(fā)生類型轉(zhuǎn)化 ， C 語言中總共有兩種形式的類型轉(zhuǎn)換： 隱式類型 轉(zhuǎn)換和顯式類型轉(zhuǎn)換 。

1. 隱式類型轉(zhuǎn)化：編譯器在編譯階段自動進行，能轉(zhuǎn)就轉(zhuǎn)，不能轉(zhuǎn)就編譯失敗

2. 顯式類型轉(zhuǎn)化：需要用戶自己處理

int main()
{
	int i = 1;
	// 隱式類型轉(zhuǎn)換
	double d = i;
	printf("%d, %.2f\n", i, d);
	int* p = &i;
	// 顯示的強制類型轉(zhuǎn)換
	int address = (int)p;
	printf("%x, %d\n", p, address);
}

對于上面這種C語言的類型轉(zhuǎn)換其實是有一些缺陷的，轉(zhuǎn)換的可視性比較差，所有的轉(zhuǎn)換形式都是以一種相同形式書寫，難以跟蹤錯誤的轉(zhuǎn)換。

下面我們看看C++中對于類型轉(zhuǎn)換的修改

一、C++的四種類型轉(zhuǎn)換

為什么C++需要重新改進類型轉(zhuǎn)換呢？

C 風(fēng)格的轉(zhuǎn)換格式很簡單，但是有不少缺點的：

1. 隱式類型轉(zhuǎn)化有些情況下可能會出問題：比如數(shù)據(jù)精度丟失

2. 顯式類型轉(zhuǎn)換將所有情況混合在一起，代碼不夠清晰

因此 C++ 提出了自己的類型轉(zhuǎn)化風(fēng)格，注意因為 C++ 要兼容 C 語言，所以 C++ 中還可以使用 C 語言的 轉(zhuǎn)化風(fēng)格 。

標(biāo)準(zhǔn) C++ 為了加強類型轉(zhuǎn)換的可視性，引入了四種命名的強制類型轉(zhuǎn)換操作符：

static_cast 、 reinterpret_cast 、 const_cast 、 dynamic_cast

第一種：static_cast

static_cast 用于非多態(tài)類型的轉(zhuǎn)換（靜態(tài)轉(zhuǎn)換），編譯器隱式執(zhí)行的任何類型轉(zhuǎn)換都可用

static_cast ，但它不能用于兩個不相關(guān)的類型進行轉(zhuǎn)換

下面我們用代碼演示一下：

int main()
{
	int i = 1;
	double d = static_cast<double>(i);
	float c = static_cast<float>(d);
	return 0;
}

我們只需要記?。簊tatic_cast適用于可以隱式轉(zhuǎn)換的類型。

第二種：reinterpret_cast

reinterpret_cast 操作符通常為操作數(shù)的位模式提供較低層次的重新解釋，用于將一種類型轉(zhuǎn)換 為另一種不同的類型 。

下面我們用代碼演示一下:

int main()
{
	int i = 1;
	int* p = &i;
	int t = reinterpret_cast<int>(p);
	cout << t << endl;
	int c = 10;
	int* d = reinterpret_cast<int*>(c);
	cout << d << endl;
	return 0;
}

對于reinterpret_cast的使用我們只需要記住適用于不同類型之間的轉(zhuǎn)換即可。

第三種：const_cast

const_cast 最常用的用途就是刪除變量的 const 屬性，方便賦值.

int main()
{
	const int a = 2;
	int* p = const_cast<int*>(&a);
	cout << *p << endl;
	*p = 10;
	cout << *p << endl;
	return 0;
}

對于const類型的常變量一般是不能直接修改的，但是可以像我們上面那樣間接的修改，主要還是因為常變量是放在棧中的不是放在常量區(qū)的，注意：常量區(qū)是一定不可以修改的。

下面我們看一道?？嫉念}：

int main()
{
	const int a = 2;
	int* p = const_cast<int*>(&a);
	*p = 3;
	cout << a << endl;
	cout << *p << endl;
	return 0;
}

上面這段代碼的運行結(jié)果是什么？很多人都會以為是3和3，因為p指向a的空間，修改*p那么a中的內(nèi)容也會被修改，思路沒錯，但是沒有考慮到編譯器的優(yōu)化，這道題的正確答案是2 3。

由于const變量在編譯器看來是不會被修改的，所以本來應(yīng)該先從內(nèi)存讀數(shù)據(jù)到寄存器結(jié)果被編譯器優(yōu)化為直接從寄存器拿數(shù)據(jù)。對于這種情況我們只需要讓編譯器不優(yōu)化，這樣的話編譯器就會從內(nèi)存中讀取a的內(nèi)容打印了：

可以看到這次的結(jié)果就正確了。所以對于const_cast轉(zhuǎn)化是將原本const屬性去掉單獨分出來，這個時候我們就應(yīng)該小心了，const變量盡量不要去改變。

第四種：dynamic_cast

dynamic_cast 用于將一個父類對象的指針 / 引用轉(zhuǎn)換為子類對象的指針或引用 ( 動態(tài)轉(zhuǎn)換 )

向上轉(zhuǎn)型：子類對象指針 / 引用 -> 父類指針 / 引用 ( 不需要轉(zhuǎn)換，賦值兼容規(guī)則 )

向下轉(zhuǎn)型：父類對象指針 / 引用 -> 子類指針 / 引用 ( 用 dynamic_cast 轉(zhuǎn)型是安全的 )

注意：

1. dynamic_cast 只能用于父類含有虛函數(shù)的類

2. dynamic_cast 會先檢查是否能轉(zhuǎn)換成功，能成功則轉(zhuǎn)換，不能則返回 0

我們可以看到父類指針是天然可以接收子類的指針或者引用的，那么如果是將父類給子類呢？

可以看到如果我們不加類型轉(zhuǎn)化的話連編譯都過不了，那么我們用類型轉(zhuǎn)換再試試：

可以看到經(jīng)過類型轉(zhuǎn)換后是沒問題的，并且dynamic_cast在轉(zhuǎn)換中會保證安全性。下面我們看看如果不用dynamic_cast轉(zhuǎn)化會出現(xiàn)什么情況：

class A
{
public:
	virtual void f() {}
	int _a = 0;
};
class B : public A
{
public:
	int _b = 0;
};
void Func(A* ptr)
{
	B* btr = (B*)ptr;
	cout << btr << endl;
	btr->_a++;
	btr->_b++;
	cout << btr->_a << endl;
	cout << btr->_b << endl;
}
int main()
{
	A aa;
	B bb;
	Func(&aa);
	Func(&bb);
	return 0;
}

我們可以看到直接出錯了，下面我們用安全轉(zhuǎn)換試一下：

我們可以看到當(dāng)子類接收父類指針造成越界的時候安全轉(zhuǎn)化會檢查能否成功轉(zhuǎn)化，對于不能成功轉(zhuǎn)化的直接返回0就像上圖一樣。

總結(jié)：

Func中的ptr如果是指向子類對象，那么轉(zhuǎn)回子類類型是沒問題的。

ptr如果是指向父類對象，那么轉(zhuǎn)回子類類型是存在越界風(fēng)險的。

注意 強制類型轉(zhuǎn)換關(guān)閉或掛起了正常的類型檢查 ，每次使用強制類型轉(zhuǎn)換前，程序員應(yīng)該仔細(xì)考慮是否還有其他不同的方法達到同一目的，如果非強制類型轉(zhuǎn)換不可，則應(yīng)限制強制轉(zhuǎn)換值的作用域，以減少發(fā)生錯誤的機會。 強烈建議：避免使用強制類型轉(zhuǎn)換

以上就是C++類型轉(zhuǎn)換的全部內(nèi)容了，下面我們進入IO流的學(xué)習(xí)。

二、C++IO流

C 語言的輸入與輸出：

C 語言中我們用到的最頻繁的輸入輸出方式就是 scanf () 與 printf() 。 scanf(): 從標(biāo)準(zhǔn)輸入設(shè)備 ( 鍵盤 ) 讀取數(shù)據(jù)，并將值存放在變量中 。 printf(): 將指定的文字 / 字符串輸出到標(biāo)準(zhǔn)輸出設(shè)備 ( 屏幕 ) 。 注意寬度輸出和精度輸出控制。

語言借助了相應(yīng)的緩沖區(qū)來進行輸入與輸出。

對 輸入輸出緩沖區(qū) 的理解：

1. 可以 屏蔽掉低級 I/O 的實現(xiàn) ，低級 I/O 的實現(xiàn)依賴操作系統(tǒng)本身內(nèi)核的實現(xiàn)，所以如果能夠屏蔽這部分的差異，可以 很容易寫出可移植的程序 。

2. 可以 使用這部分的內(nèi)容實現(xiàn) “ 行 ” 讀取的行為 ，對于計算機而言是沒有 “ 行 ” 這個概念，有了這部分，就可以定義 “ 行 ” 的概念，然后解析緩沖區(qū)的內(nèi)容，返回一個 “ 行 ” 。

流是什么： “

流 ” 即是流動的意思，是物質(zhì)從一處向另一處流動的過程 ，是對一種 有序連續(xù) 且具有方向性的數(shù) 據(jù) （其單位可以是bit,byte,packet ）的抽象描述。 C++ 流是指信息從外部輸入設(shè)備（如鍵盤）向計算機內(nèi)部（如內(nèi)存）輸入和從內(nèi)存向外部輸出設(shè) 備（顯示器）輸出的過程。這種輸入輸出的過程被形象的比喻為 “ 流 ” 。

它的特性是： 有序連續(xù) 、 具有方向性 為了實現(xiàn)這種流動， C++ 定義了 I/O 標(biāo)準(zhǔn)類庫，這些每個類都稱為流 / 流類，用以完成某方面的功 能。 C++IO流： C++ 系統(tǒng)實現(xiàn)了一個龐大的類庫，其中 ios 為基類，其他類都是直接或間接派生自 ios 類。

C++標(biāo)準(zhǔn)IO流：

C++ 標(biāo)準(zhǔn)庫提供了 4 個全局流對象 cin 、 cout 、 cerr 、 clog ，使用 cout 進行標(biāo)準(zhǔn)輸出，即數(shù)據(jù)從內(nèi) 存流向控制臺 ( 顯示器 ) 。使用 cin 進行標(biāo)準(zhǔn)輸入即數(shù)據(jù)通過鍵盤輸入到程序中 ，同時 C++ 標(biāo)準(zhǔn)庫還提供了 cerr 用來進行標(biāo)準(zhǔn)錯誤的輸出 ，以及 clog 進行日志的輸出 ，從上圖可以看出， cout 、 cerr 、 clog 是 ostream 類的三個不同的對象，因此這三個對象現(xiàn)在基本沒有區(qū)別，只是應(yīng)用場景不同。

在使用時候必須要包含文件并引入 std 標(biāo)準(zhǔn)命名空間。

注意：

1. cin 為緩沖流。 鍵盤輸入的數(shù)據(jù)保存在緩沖區(qū)中，當(dāng)要提取時，是從緩沖區(qū)中拿 。如果一次輸入過多，會留在那兒慢慢用， 如果輸入錯了，必須在回車之前修改，如果回車鍵按下就無法 挽回了 。 只有把輸入緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)取完后，才要求輸入新的數(shù)據(jù) 。

2. 輸入的數(shù)據(jù)類型必須與要提取的數(shù)據(jù)類型一致 ，否則出錯。出錯只是在流的狀態(tài)字 state 中對應(yīng)位置位（置 1 ），程序繼續(xù)。

3. 空格和回車都可以作為數(shù)據(jù)之間的分格符，所以多個數(shù)據(jù)可以在一行輸入，也可以分行輸入。但如果是 字符型和字符串，則空格（ ASCII 碼為 32 ）無法用 cin 輸入，字符串中也不能有 空格。回車符也無法讀入。

4. cin 和 cout 可以直接輸入和輸出內(nèi)置類型數(shù)據(jù)，原因： 標(biāo)準(zhǔn)庫已經(jīng)將所有內(nèi)置類型的輸入和 輸出全部重載了 :

下面我們看看OJ中的循環(huán)輸入：

int main()
{
	string str;
	while (cin >> str)
	{
		cout << str << endl;
	}
	return 0;
}

不知道我們是否會有疑問>>符號是如何像邏輯判斷操作符那樣在循環(huán)體中進行判斷的呢？

我們可以看到>>符號的返回值是istream&，也不是bool類型，下面我們看文檔：

其實在文檔中我們發(fā)現(xiàn)不管是C++11還是C++98都重載了operator bool，重載的目的就是支持自定義類型隱式轉(zhuǎn)換為自定義類型，也就是說支持將istream&轉(zhuǎn)化為bool類型。當(dāng)然其實日常使用中我們看到最多的是內(nèi)置類型隱式轉(zhuǎn)換成自定義類型，比如下面這樣：

class A
{
public:
	A(int a)
		:_a1(1)
		, _a2(2)
	{}
private:
	int _a1;
	int _a2;
};
int main()
{
	A aa = 1;
	return 0;
}

上圖中我們的aa就是自定義類型，1是內(nèi)置類型，將1給aa的過程中發(fā)生了隱式類型轉(zhuǎn)化，由內(nèi)置類型轉(zhuǎn)化為自定義類型。

上圖中我們可以看到，正常情況下我們是不能將自定義類型轉(zhuǎn)化為內(nèi)置類型的，但是當(dāng)我們重載了int的轉(zhuǎn)換后就可以了：

    operator int()
	{
		return _a1 + _a2;
	}

下面我們將日期類實現(xiàn)為像>>一樣可以判斷的：

class Date
{
	friend ostream& operator << (ostream& out, const Date& d);
	friend istream& operator >> (istream& in, Date& d);
public:
	Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
		:_year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
	{}
	operator bool()
	{
		if (_year > 0)
		{
			return true;
		}
		else
		{
			return false;
		}
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
istream& operator >> (istream& in, Date& d)
{
	in >> d._year >> d._month >> d._day;
	return in;
}
ostream& operator << (ostream& out, const Date& d)
{
	out << d._year << " " << d._month << " " << d._day;
	return out;
}
int main()
{
	Date d1(0, 5, 30);
	while (d1)
	{
		cout << d1 << endl;
	}
	return 0;
}

我們重載bool類型的時候直接用year做判斷了這里只是為了演示，對于年份為0的日期進入while循環(huán)后會直接退出，如果是年份非0的日期則會死循環(huán)的打印。

C++文件IO流：

C++ 根據(jù)文件內(nèi)容的數(shù)據(jù)格式分為 二進制文件 和 文本文件 。采用文件流對象操作文件的一般步驟：

1. 定義一個文件流對象 ifstream ififile( 只輸入用 ) ofstream ofifile( 只輸出用 ) fstream iofifile( 既輸入又輸出用 )

2. 使用文件流對象的成員函數(shù)打開一個磁盤文件，使得文件流對象和磁盤文件之間建立聯(lián)系

3. 使用提取和插入運算符對文件進行讀寫操作，或使用成員函數(shù)進行讀寫

4. 關(guān)閉文件

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));
 }
 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
};

上面是一個文件管理的類，里面封裝了二進制讀寫和文本讀寫的接口，由于C++IO流屬于了解性的內(nèi)容所以我們就不再詳細(xì)的講解每個函數(shù)，有不會的接口大家自行查文檔即可。下面我們用一個實例使用一下以上的接口：

int main()
{
 ServerInfo winfo = { "192.0.0.1", 80, { 2022, 4, 10 } };
    // 二進制讀寫
 ConfigManager cf_bin("test.bin");
 cf_bin.WriteBin(winfo);
 ServerInfo rbinfo;
 cf_bin.ReadBin(rbinfo);
 cout << rbinfo._address << " " << rbinfo._port <<" "
<<rbinfo._date << endl;
    // 文本讀寫
 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;
}

C++ 文件流的優(yōu)勢就是可以對內(nèi)置類型和自定義類型，都使用一樣的方式，去流插入和流提取數(shù)據(jù)，當(dāng)然這里自定義類型Date 需要重載 >> 和 << 。

istream& operator >> (istream& in, Date& d)

ostream& operator << (ostream& out, const Date& d)

stringstream 的簡單介紹 ：

在 C 語言中，如果想要將一個整形變量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為字符串格式，如何去做？

1. 使用 itoa() 函數(shù)

2. 使用 sprintf() 函數(shù)

但是兩個函數(shù)在轉(zhuǎn)化時，都得 需要先給出保存結(jié)果的空間 ，那空間要給多大呢，就不太好界定，而且 轉(zhuǎn)化格式不匹配時，可能還會得到錯誤的結(jié)果甚至程序崩潰 。

在 C++ 中，可以使用 stringstream 類對象來避開此問題。

在程序中如果想要使用 stringstream ，必須要包含頭文件 。

在該頭文件下，標(biāo)準(zhǔn)庫三個類： istringstream 、 ostringstream 和 stringstream ，分別用來進行流的輸入、輸出和輸入輸出操作，下面主要介紹 stringstream 。

stringstream 主要可以用來：

1. 將數(shù)值類型數(shù)據(jù)格式化為字符串

#include<sstream>
int main()
{
 int a = 12345678;
 string sa;
 // 將一個整形變量轉(zhuǎn)化為字符串，存儲到string類對象中
 stringstream s;
 s << a;
 s >> sa;
    // clear()
    // 注意多次轉(zhuǎn)換時，必須使用clear將上次轉(zhuǎn)換狀態(tài)清空掉
    // stringstreams在轉(zhuǎn)換結(jié)尾時(即最后一個轉(zhuǎn)換后),會將其內(nèi)部狀態(tài)設(shè)置為badbit
    // 因此下一次轉(zhuǎn)換是必須調(diào)用clear()將狀態(tài)重置為goodbit才可以轉(zhuǎn)換
    // 但是clear()不會將stringstreams底層字符串清空掉
    // s.str("");
 // 將stringstream底層管理string對象設(shè)置成"", 
 // 否則多次轉(zhuǎn)換時，會將結(jié)果全部累積在底層string對象中
 s.str("");
 s.clear();   // 清空s, 不清空會轉(zhuǎn)化失敗
 double d = 12.34;
 s << d;
 s >> sa;
 string sValue;
 sValue = s.str();   // str()方法：返回stringsteam中管理的string類型
 cout << sValue << endl; 
 return 0;
}

2. 字符串拼接

int main()
{
 stringstream sstream;
 // 將多個字符串放入 sstream 中
 sstream << "first" << " " << "string,";
 sstream << " second string";
 cout << "strResult is: " << sstream.str() << endl;
 // 清空 sstream
 sstream.str("");
 sstream << "third string";
 cout << "After clear, strResult is: " << sstream.str() << endl;
 return 0;
}

3. 序列化和反序列化結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)

struct ChatInfo
{
 string _name; // 名字
 int _id;      // id
 Date _date;   // 時間
 string _msg;  // 聊天信息
};
int main()
{
 // 結(jié)構(gòu)信息序列化為字符串
 ChatInfo winfo = { "張三", 135246, { 2022, 4, 10 }, "晚上一起看電影吧"
};
 ostringstream oss;
 oss << winfo._name << " " << winfo._id << " " << winfo._date << " "
<< winfo._msg;
 string str = oss.str();
 cout << str << endl<<endl;
 // 我們通過網(wǎng)絡(luò)這個字符串發(fā)送給對象，實際開發(fā)中，信息相對更復(fù)雜，
    // 一般會選用Json、xml等方式進行更好的支持
 // 字符串解析成結(jié)構(gòu)信息
 ChatInfo rInfo;
 istringstream iss(str);
 iss >> rInfo._name >> rInfo._id >> rInfo._date >> rInfo._msg;
 cout << "-------------------------------------------------------"
<< endl;
 cout << "姓名：" << rInfo._name << "(" << rInfo._id << ") ";
 cout <<rInfo._date << endl;
 cout << rInfo._name << ":>" << rInfo._msg << endl;
 cout << "-------------------------------------------------------"
<< endl;
 return 0;
}

注意：

1. stringstream 實際是在其底層維護了一個 string 類型的對象用來保存結(jié)果 。

2. 多次數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)化時，一定要用 clear() 來清空，才能正確轉(zhuǎn)化 ，但 clear() 不會將 stringstream 底層的 string 對象清空。

3. 可以使用 s. str("") 方法將底層 string 對象設(shè)置為 "" 空字符串 。

4. 可以使用 s.str() 將讓 stringstream 返回其底層的 string 對象。

5. stringstream 使用 string 類對象代替字符數(shù)組，可以避免緩沖區(qū)溢出的危險，而且其會對參 數(shù)類型進行推演，不需要格式化控制，也不會出現(xiàn)格式化失敗的風(fēng)險 ，因此使用更方便，更安全。