C++的cin/cout高阶格式化操作

这篇文章主要讲解如何在C++中使用cin/cout进行高级的格式化输出操作,包括数字的各种计数法(精度)输出,左或右对齐,大小写等等。通过本文,您可以完全脱离scanf/printf,仅使用cin/cout来完成一切需要的格式化输入输出功能(从非性能的角度而言)。更进一步而言,您还可以在<sstream>、<fstream>上使用这些格式化操作,从而代替sscanf/sprintf和fscanf/fprintf函数。为方便描述,下文仅以cin/cout为例进行介绍。

 

一、综述

cin/cout是STL库提供的一个iostream实例,拥有ios_base基类的全部函数和成员数据。进行格式化操作可以直接利用setf/unsetf函数和flags函数。cin/cout维护一个当前的格式状态,setf/unsetf函数是在当前的格式状态上追加或删除指定的格式,而flags则是将当前格式状态全部替换为指定的格式。cin/cout为这两个函数提供了如下参数(可选格式):

  • ios::dec  以10进制表示整数
  • ios::hex  以16进制表示整数
  • ios::oct  以8进制表示整数
  • ios::showbase  为整数添加一个表示其进制的前缀
  • ios::internal  在符号位和数值的中间插入需要数量的填充字符以使串两端对齐
  • ios::left  在串的末尾插入填充字符以使串居左对齐
  • ios::right  在串的前面插入填充字符以使串居右对齐
  • ios::boolalpha  将bool类型的值以true或flase表示,而不是1或0
  • ios::fixed  将符点数按照普通定点格式处理(非科学计数法)
  • ios::scientific  将符点数按照科学计数法处理(带指数域)
  • ios::showpoint  在浮点数表示的小数中强制插入小数点(默认情况是浮点数表示的整数不显示小数点)
  • ios::showpos  强制在正数前添加+号
  • ios::skipws  忽略前导的空格(主要用于输入流,如cin)
  • ios::unitbuf  在插入(每次输出)操作后清空缓存
  • ios::uppercase  强制大写字母

以上每一种格式都占用独立的一位,因此可以用“|”(位或)运算符组合使用。调用setf/unsetf或flags设置格式一般按如下方式进行:

 

1 cout.setf(ios::right | ios::hex);
//设置16进制右对齐
2 cout.setf(ios::right,
ios::adjustfield);
//取消其它对齐,设置为右对齐

 

setf可接受一个或两个参数,一个参数的版本为设置指定的格式,两个参数的版本中,后一个参数指定了删除的格式。三个已定义的组合格式为:

  • ios::adjustfield  对齐格式的组合位
  • ios::basefield  进制的组合位
  • ios::floatfield  浮点表示方式的组合位

设置格式之后,下面所有使用cout进行的输出都会按照指定的格式状态执行。但是如果在一次输出过程中需要混杂多种格式,使用cout的成员函数来处理就显得很不方便了。STL另提供了一套<iomanip>库可以满足这种使用方式。<iomanip>库中将每一种格式的设置和删除都进行了函数级的同名封装,比如fixed函数,就可以将一个ostream的对象作为参数,在内部调用setf函数对其设置ios::fixed格式后再返回原对象。此外<iomanip>还提供了setiosflags、setbase、setfill、setw、setprecision等方便的格式控制函数,下文会逐一进行介绍。大多数示例代码都会使用到<iomanip>,因此默认包含的头文件均为:

1 #include <iomanip>
2 #include
<iostream>

 

二、缩进

将输出内容按指定的宽度对齐,需要用到ios::right、ios::left、ios::internal和iomanip里的setw。其中setw用于指定要输出内容的对齐宽度。以下两段代码的结果完全相同,前面是一个浮点数-456.98,后面紧跟着一个字符串“The
End”以及换行符“endl”。

 

代码一:

01 #include <iomanip>
02 #include <iostream>
03 using namespace std;
04 int main(void) {
05     cout.flags(ios::left); //左对齐
06     cout
<< setw(10) << -456.98 <<
"The
End"
<< endl;
07     cout.flags(ios::internal); //两端对齐
08     cout
<< setw(10) << -456.98 <<
"The
End"
<< endl;
09     cout.flags(ios::right); //右对齐
10     cout
<< setw(10) << -456.98 <<
"The
End"
<< endl;
11     return 0;
12 }

 

代码二:

1 #include <iomanip>
2 #include <iostream>
3 using namespace std;
4 int main(void) {
5     cout
<< left << setw(10) << -456.98 <<
"The End" << endl;
//左对齐
6     cout
<< internal << setw(10) << -456.98 <<
"The End" << endl;
//两端对齐
7     cout
<< right << setw(10) << -456.98 <<
"The End" << endl;
//右对齐
8     return 0;
9 }

 

结果:

-456.98   The End
-   456.98The End
-456.98The End

 

这里要额外说明的一点是,setw函数会用当前的填充字符控制对齐位置,默认的填充字符是空格。可以通过<iomanip>的setfill来设置填充字符,比如下面的代码用字符“0”作为填充字符:

1 #include <iomanip>
2 #include <iostream>
3 using namespace std;
4 int main(void) {
5     cout
<< setfill(
'0') << setw(10) << 45698 << endl;
6     return 0;
7 }

 

结果:

0000045698

 

三、整数

输出整数的格式有按不同进制数出:ios::hex(16进制)、ios::dec(10进制)、ios::oct(8进制),也可强制其输出符号(正数也加上“+”号前缀),对于16进制的输出还可配合ios::uppercase使所有字母以大写表示。代码示例如下:

01 #include <iomanip>
02 #include <iostream>
03 using namespace std;
04 int main(void) {
05     cout.setf(ios::showpos | ios::uppercase);
06     cout
<< hex << setw(4) << 12 << setw(12) << -12
<< endl;
07     cout
<< dec << setw(4) << 12 << setw(12) << -12
<< endl;
08     cout
<< oct << setw(4) << 12 << setw(12) << -12
<< endl;
09     cout.unsetf(ios::showpos | ios::uppercase);
10     cout
<< hex << setw(4) << 12 << setw(12) << -12
<< endl;
11     cout
<< dec << setw(4) << 12 << setw(12) << -12
<< endl;
12     cout
<< oct << setw(4) << 12 << setw(12) << -12
<< endl;
13     return 0;
14 }

 

结果:

   C    FFFFFFF4
+12         -12
14 37777777764
c
fffffff4
12         -12
14 37777777764

 

利用<iomanip>的setbase函数同样可以设置整数的三种进制,参数分别为8、10和16,但使用起来比上面的方法还更复杂一些,除非是特殊的代码规范要求(有些规范要求避免将常量直接作为表达式),一般不建议使用setbase。此外,还可以利用ios::showbase来为整数的前面加一个表示进制的前缀,代码如下:

1 #include <iomanip>
2 #include <iostream>
3 using namespace std;
4 int main(void) {
5     cout
<< showbase << setw(4) << hex << 32 << setw(4)
<< oct << 32 << endl;
6     cout
<< noshowbase << setw(4) << hex << 32 << setw(4)
<< oct << 32 << endl;
7     return 0;
8 }

 

结果:

0x20 040
20  40

 

上面代码中的showbase/noshobase也可以用cout的setf来代替,其结果是完全相同的:

01 #include <iomanip>
02 #include <iostream>
03 using namespace std;
04 int main(void) {
05     cout.setf(ios::showbase);
06     cout
<< setw(4) << hex << 32 << setw(4) << oct <<
32 << endl;
07     cout.unsetf(ios::showbase);
08     cout
<< setw(4) << hex << 32 << setw(4) << oct <<
32 << endl;
09     return 0;
10 }

 

四、小数

小数可分为两种格式类型,一种是定点表示“ios::fixed”(不带指数域),另一种是科学计数法表示“ios::scientific”(带指数域)。与<iomanip>的setprecision配合使用,可以表示指定小数点后面的保留位数(四舍五入)。示例代码如下:

01 #include <iomanip>
02 #include <iostream>
03 using namespace std;
04 int main(void) {
05     cout.setf(ios::fixed);
06     cout
<< setprecision(0) << 12.05 << endl;
07     cout
<< setprecision(1) << 12.05 << endl;
08     cout
<< setprecision(2) << 12.05 << endl;
09     cout
<< setprecision(3) << 12.05 << endl;
10     cout.setf(ios::scientific, ios::floatfield);
11     cout
<< setprecision(0) << 12.05 << endl;
12     cout
<< setprecision(1) << 12.05 << endl;
13     cout
<< setprecision(2) << 12.05 << endl;
14     cout
<< setprecision(3) << 12.05 << endl;
15     return 0;
16 }

 

结果:

12
12.1
12.05
12.050
1.205000e+001
1.2e+001
1.21e+001
1.205e+001

 

需要注意的是,有时会因为机器的精度问题导致四舍五入的结果不正确。这种问题一般需要手动修正,见如下代码示例:

1 #include <iomanip>
2 #include <iostream>
3 using namespace std;
4 int main(void) {
5     cout
<< fixed << setprecision(1) << 2.05 << endl;
6     cout
<< fixed << setprecision(1) << 2.05 + 1e-8 << endl;
7     return 0;
8 }

 

结果:

2.0
2.1

 

四、字符串

字符串的输出处理主要是对齐,这一点在第二部分已经介绍过了,下面主要介绍字符串的输入方法。为了方便起见,我们使用<string>库。在输入字符串时,可以利用<string>库提供的getline函数读取整行数据。getline函数有两个版本,第一个版本有两个参数,第一个参数指定输入流(比如cin),第二个参数指定一个string对象。getline会读取屏幕上输入的字符,直到遇到换行符“/n”为止;第二个版本有三个参数,前两个与第一个版本相同,第三个参数为指定的结束字符。注意,getline不会读入默认或指定的结束字符,但在调用之后读取的位置已经跳过结束字符。调用示例代码如下:

01 #include <iomanip>
02 #include <iostream>
03 #include <string>
04 using namespace std;
05 int main(void) {
06     string
str1, str2;
07     getline(cin, str1);
08     cin
>> str2;
09     cout
<< str1 << endl << str2 << endl;
10     return 0;
11 }

 

输入:

   abc
abc

 

结果:

   abc
abc

 

五、缓冲区

由于调用系统函数在屏幕上逐个显示字符是很慢的,因此cin/cout为了加快速度使用缓冲区技术,粗略的讲就是暂时不输出指定的字符,而是存放在缓冲区中,在合适的时机一次性输出到屏幕上。如果单纯使用C++的输入/输出流来操作字符是不存在同步的问题的,但是如果要和C标准库的stdio库函数混合使用就必须要小心的处理缓冲区了。如果要与scanf和printf联合使用,务必在调用cout前加上cout.sync_with_stdio(),设置与stdio同步,否则输出的数据顺序会发生混乱。

flush和endl都会将当前缓冲区中的内容立即写入到屏幕上,而unitbuf/nounitbuf可以禁止或启用缓冲区。示例代码如下:

1 #include <iomanip>
2 #include <iostream>
3 using namespace std;
4 int main(void) {
5     cout
<< 123 << flush << 456 << endl;
6     cout
<< unitbuf << 123 << nounitbuf << 456 << endl;
7     return 0;
8 }

 

结果:

123456
123456

 

六、综合使用

示例代码:

01 #include <iomanip>
02 #include <iostream>
03 #include <string>
04 using namespace std;
05 struct COMMODITY { string Name; int Id; int Cnt; double Price; };
06 int main(void) {
07     COMMODITY cmd[] = {
08         {"Fruit", 0x101, 50, 5.268},
09         {"Juice", 0x102, 20, 8.729},
10         {"Meat", 0x104, 30, 10.133},
11     };
12     cout
<< left << setw(8) <<
"NAME" << right <<
setw(8) <<
"ID";
13     cout
<< right << setw(8) <<
"COUNT" << right
<< setw(8) <<
"PRICE" << endl;
14     for (int i = 0; i <
sizeof(cmd)
/
sizeof(cmd[0]); ++i) {
15         cout
<< left << setw(8) << cmd[i].Name;
16         cout
<< right << hex << showbase << setw(8) <<
cmd[i].Id;
17         cout
<< dec << noshowbase << setw(8) << cmd[i].Cnt;
18         cout
<< fixed << setw(8) << setprecision(2) << cmd[i].Price
<< endl;
19     }
20     return 0;
21 }

 

结果:

NAME          ID   COUNT   PRICE
Fruit      0x101      50
5.27
Juice      0x102      20    8.73
Meat       0x104      30
10.13

 


 

知识共享许可协议 作者:王雨濛;来源:《程序控》博客 — http://www.cnblogs.com/devymex/
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