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C++ 流操纵算子

在C++编程中，流操纵算子(Stream Manipulators)是一组特殊的辅助函数，用于控制和格式化输入输出流。它们可以改变数据的表示方式，设置精度，指定数字进制，以及控制其他格式化选项。掌握流操纵算子的使用将帮助你创建更专业、易读的输出。

什么是流操纵算子？​

流操纵算子是一种函数或对象，可以通过插入(<<)或提取(>>)运算符与流一起使用，从而修改流的状态或影响数据的格式化方式。

备注

流操纵算子本质上是一种特殊的函数，它们对输入输出流的行为进行修改，而不是处理具体的数据。

常用的流操纵算子​

格式化标志操纵算子​

这些操纵算子用于设置或清除格式化标志，以控制输出的格式。

设置数值的进制​

cpp
#include <iostream>
#include <iomanip>

int main() {
    int num = 255;
    
    std::cout << "十进制: " << std::dec << num << std::endl;
    std::cout << "十六进制: " << std::hex << num << std::endl;
    std::cout << "八进制: " << std::oct << num << std::endl;
    
    return 0;
}

输出结果：

十进制: 255
十六进制: ff
八进制: 377

对齐和填充​

cpp
#include <iostream>
#include <iomanip>

int main() {
    int num = 42;
    
    // 设置字段宽度为10，默认右对齐
    std::cout << "右对齐: |" << std::setw(10) << num << "|" << std::endl;
    
    // 左对齐
    std::cout << "左对齐: |" << std::left << std::setw(10) << num << "|" << std::endl;
    
    // 使用*填充剩余空间
    std::cout << "填充字符: |" << std::right << std::setfill('*') << std::setw(10) << num << "|" << std::endl;
    
    return 0;
}

输出结果：

右对齐: |        42|
左对齐: |42        |
填充字符: |********42|

精度控制操纵算子​

这些操纵算子用于控制浮点数的显示精度。

cpp
#include <iostream>
#include <iomanip>

int main() {
    double value = 3.14159265358979;
    
    // 设置精度为4位有效数字
    std::cout << "默认精度: " << value << std::endl;
    std::cout << "4位精度: " << std::setprecision(4) << value << std::endl;
    
    // 固定小数点格式，显示2位小数
    std::cout << "固定小数点(2位): " << std::fixed << std::setprecision(2) << value << std::endl;
    
    // 科学计数法格式，显示3位小数
    std::cout << "科学计数法(3位): " << std::scientific << std::setprecision(3) << value << std::endl;
    
    return 0;
}

输出结果：

默认精度: 3.14159
4位精度: 3.142
固定小数点(2位): 3.14
科学计数法(3位): 3.142e+00

布尔值格式化操纵算子​

这些操纵算子用于控制布尔值的显示方式。

cpp
#include <iostream>
#include <iomanip>

int main() {
    bool flag1 = true;
    bool flag2 = false;
    
    // 默认情况下，布尔值显示为1或0
    std::cout << "默认布尔值: " << flag1 << " " << flag2 << std::endl;
    
    // 使用boolalpha显示为true或false
    std::cout << "字母表示: " << std::boolalpha << flag1 << " " << flag2 << std::endl;
    
    // 切换回数字表示
    std::cout << "数字表示: " << std::noboolalpha << flag1 << " " << flag2 << std::endl;
    
    return 0;
}

输出结果：

默认布尔值: 1 0
字母表示: true false
数字表示: 1 0

其他常用操纵算子​

endl - 插入换行并刷新流​

cpp
#include <iostream>

int main() {
    std::cout << "Hello" << std::endl;
    std::cout << "World" << std::endl;
    return 0;
}

输出结果：

Hello
World

flush - 刷新流​

cpp
#include <iostream>

int main() {
    std::cout << "数据将立即发送到屏幕" << std::flush;
    // ... 继续执行其他操作 ...
    return 0;
}

showpos 和 noshowpos - 控制正数符号显示​

cpp
#include <iostream>

int main() {
    int posNum = 42;
    int negNum = -42;
    
    std::cout << "默认情况: " << posNum << " " << negNum << std::endl;
    std::cout << "显示正号: " << std::showpos << posNum << " " << negNum << std::endl;
    std::cout << "不显示正号: " << std::noshowpos << posNum << " " << negNum << std::endl;
    
    return 0;
}

输出结果：

默认情况: 42 -42
显示正号: +42 -42
不显示正号: 42 -42

自定义操纵算子​

你也可以创建自己的流操纵算子来满足特定的格式化需求。

cpp
#include <iostream>
#include <iomanip>

// 自定义流操纵算子：输出分隔线
std::ostream& line(std::ostream& os) {
    return os << "\n---------------------------\n";
}

// 自定义带参数的流操纵算子
class Repeat {
public:
    Repeat(char c, int n) : ch(c), count(n) {}
    friend std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Repeat& r) {
        for (int i = 0; i < r.count; ++i) {
            os << r.ch;
        }
        return os;
    }
private:
    char ch;
    int count;
};

int main() {
    // 使用自定义操纵算子
    std::cout << "标题" << line << "内容" << line;
    
    // 使用自定义带参数的操纵算子
    std::cout << "星号: " << Repeat('*', 20) << std::endl;
    
    return 0;
}

输出结果：

标题
---------------------------
内容
---------------------------
星号: ********************

实际应用案例​

案例1：格式化表格输出​

cpp
#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <vector>
#include <string>

struct Product {
    std::string name;
    double price;
    int quantity;
};

void printProductTable(const std::vector<Product>& products) {
    // 设置标题
    std::cout << std::left 
              << std::setw(20) << "产品名称" 
              << std::setw(10) << "价格" 
              << std::setw(10) << "数量" 
              << std::setw(15) << "总价" 
              << std::endl;
    
    // 输出分隔线
    std::cout << std::setfill('-') << std::setw(55) << "" << std::endl;
    std::cout << std::setfill(' '); // 重置填充字符
    
    double totalAmount = 0.0;
    
    // 输出每个产品的信息
    for (const auto& product : products) {
        double itemTotal = product.price * product.quantity;
        totalAmount += itemTotal;
        
        std::cout << std::left << std::setw(20) << product.name 
                  << std::right << std::setw(9) << std::fixed << std::setprecision(2) << product.price << " "
                  << std::setw(9) << product.quantity << " "
                  << std::setw(14) << itemTotal << std::endl;
    }
    
    // 输出分隔线和总计
    std::cout << std::setfill('-') << std::setw(55) << "" << std::endl;
    std::cout << std::setfill(' '); // 重置填充字符
    
    std::cout << std::right << std::setw(41) << "总计: " 
              << std::setw(14) << std::fixed << std::setprecision(2) << totalAmount << std::endl;
}

int main() {
    std::vector<Product> products = {
        {"键盘", 299.99, 2},
        {"鼠标", 99.50, 3},
        {"显示器", 1299.99, 1}
    };
    
    printProductTable(products);
    
    return 0;
}

输出结果：

产品名称                价格        数量        总价          
-------------------------------------------------------
键盘                     299.99    2          599.98       
鼠标                      99.50    3          298.50       
显示器                  1299.99    1         1299.99       
-------------------------------------------------------
                                   总计:      2198.47

案例2：生成配置文件​

cpp
#include <iostream>
#include <fstream>
#include <iomanip>
#include <string>
#include <map>

void generateConfigFile(const std::string& filename, const std::map<std::string, std::string>& config) {
    std::ofstream file(filename);
    
    if (!file) {
        std::cerr << "无法创建配置文件!" << std::endl;
        return;
    }
    
    // 设置文件头
    file << "# 配置文件生成于: " << std::put_time(std::localtime(&std::time_t(std::time(nullptr))), "%Y-%m-%d %H:%M:%S") << std::endl;
    file << "# 请勿手动编辑此文件" << std::endl << std::endl;
    
    // 写入配置项
    for (const auto& item : config) {
        file << std::left << std::setw(30) << item.first << " = " << item.second << std::endl;
    }
    
    file.close();
    std::cout << "配置文件已生成: " << filename << std::endl;
}

int main() {
    std::map<std::string, std::string> configSettings = {
        {"server.host", "localhost"},
        {"server.port", "8080"},
        {"database.connection", "mysql://user:pass@localhost:3306/mydb"},
        {"logging.level", "INFO"},
        {"app.debug_mode", "false"}
    };
    
    generateConfigFile("app_config.ini", configSettings);
    
    return 0;
}

生成的配置文件内容可能如下：

# 配置文件生成于: 2023-10-31 15:30:45
# 请勿手动编辑此文件

server.host                  = localhost
server.port                  = 8080
database.connection          = mysql://user:pass@localhost:3306/mydb
logging.level                = INFO
app.debug_mode               = false

总结​

C++流操纵算子是一组强大的工具，可以帮助你格式化和控制输入输出流的行为。通过使用这些操纵算子，你可以：

  • 控制数值的进制表示（十进制、十六进制、八进制）
  • 设置对齐方式和填充字符
  • 控制浮点数的精度和表示格式
  • 自定义输出的布局和样式
  • 创建专业和易读的输出格式

熟练掌握流操纵算子的使用，将大大提高你的C++程序的可读性和专业性。

练习​

  1. 编写一个程序，使用流操纵算子格式化输出一个包含姓名、年龄和工资的员工信息表。
  2. 实现一个自定义流操纵算子，用于输出带有时间戳的日志消息。
  3. 编写一个程序，使用流操纵算子格式化输出一个包含不同进制（二进制、十进制、十六进制）的数值表格。
  4. 创建一个简单的财务报表程序，使用流操纵算子格式化金额和百分比。
  5. 编写一个程序，读取CSV格式的数据，并使用流操纵算子将其格式化输出为对齐良好的表格。

附加资源​

  • C++标准库中的 <iomanip> 头文件文档
  • 更多关于C++流和I/O操作的资源
  • 《C++ Primer》和《The C++ Programming Language》等书籍中有关流操纵算子的章节