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23.3 - 使用ostream和ios处理输出

Key Takeaway

更改格式化的方式有两种，标记和manipulators。标记你可以将其看做是可以开关的布尔量。而manipulators则是放置在流中，可以修改输入输出的对象。
setf()和unsetf()分别用于设置和关闭标记
许多标志属于组，称为格式组。格式组是一组执行类似(有时互斥)格式化选项的标志，此时可以使用两个参数版本的setf()，并通过第二个参数指明组。此时组内其他标记会被自动关闭。

本节课我们将介绍iostream的输出类ostream。

插入运算符

插入运算符用于向输出流插入数据。C++为所有的内建数据结构都预定义了插入运算符，我们也可以通过重载输入输出运算符为自定义的类提供插入运算符。

在23.1 - 输入输出流中我们介绍过， istream 和 ostream 都是从 ios 类派生来的。ios (和 ios_base) 类的一个功能就是控制输出的格式。

格式化

更改格式化的方式有两种，标记和manipulators。标记你可以将其看做是可以开关的布尔量。而manipulators则是放置在流中，可以修改输入输出的对象。

==设置一个标记可以使用 setf()函数并提供合适的标记作为参数。==例如，默认情况下C++并不会在正数前加一个+号。但是，使用 std::ios::showpos 标记就可以修改该行为：

std::cout.setf(std::ios::showpos); // 打开std::ios::showpos 标记
std::cout << 27 << '\n';

输出结果如下：

+27

我们也可以利用按位或操作一次性打开多个 ios 标记：

std::cout.setf(std::ios::showpos | std::ios::uppercase); // 打开 std::ios::showpos 和 std::ios::uppercase 标记
std::cout << 1234567.89f << '\n';

输出结果：

1	`+1.23457E+06`

关闭标记也很简单，使用 unsetf()函数即可：

std::cout.setf(std::ios::showpos); // turn on the std::ios::showpos flag
std::cout << 27 << '\n';
std::cout.unsetf(std::ios::showpos); // turn off the std::ios::showpos flag
std::cout << 28 << '\n';

输出结果如下：

+27
28

在使用setf()时还有一个需要提及的小技巧。许多标志属于组，称为格式组。格式组是一组执行类似(有时互斥)格式化选项的标志。例如，名为“basefield”的格式组包含标志“oct”、“dec”和“hex”，它们控制整数值的基数。默认情况下，设置了“dec”标志。因此，如果我们这样做:

std::cout.setf(std::ios::hex); // 尝试启动十六进制输出
std::cout << 27 << '\n';

则输出结果为：

没有效果！这是因为 setf() 只能打开标记——但是它没有智能到懂得去关闭互斥的标记。因此，当 std::ios::hex 开启时， std::ios::dec 仍然是开启状态，由于它优先级更高，所以仍然是按照十进制输出的。有两个办法可以解决这个问题。

第一种方法是关闭 std::ios::dec 并开启 std::hex：

std::cout.unsetf(std::ios::dec); // turn off decimal output
std::cout.setf(std::ios::hex); // turn on hexadecimal output
std::cout << 27 << '\n';

输出结果符合预期：

1b

第二种方法是使用另一个版本的 setf() ，它有两个形参，第二个参数指明标记所属的格式组。当使用这个版本的 setf() 时，同组的其他标记都会被自动关闭，只有我们设置的标记会被打开。例如：

// Turn on std::ios::hex as the only std::ios::basefield flag
std::cout.setf(std::ios::hex, std::ios::basefield);
std::cout << 27 << '\n';

输出结果仍然符合预期：

1b

使用 setf() 和 unsetf() 是有点别扭的，因此C++提供了第二种方法来改变格式化选项：manipulators。manipulators 最赞的地方在于它足够智能，它能够自动开关相关联的标记。下面的例子中使用了 manipulators 改变计数进制：

std::cout << std::hex << 27 << '\n'; // print 27 in hex
std::cout << 28 << '\n'; // 仍然是十六进制，不是一次性的
std::cout << std::dec << 29 << '\n'; // back to decimal

程序输出：

1b
1c
29

通常，使用manipulators比设置和取消设置标记要容易得多。许多标记都可以通过标志和manipulators来实现(例如更改基数)，然而，另外一些标记则只能通过标记或manipulators实现，因此了解如何使用这两种方法非常重要。

有用的标记

这里我们列举一些很有用的标记、manipulators 以及成员函数。标记位于 std::ios 类中，manipulators 则位于std命名空间总，而成员函数则位于 std::ostream 类中。

组标	记	含义
	`std::ios::boolalpha`	打开该标记后，布尔类型会打印 “true” 或 “false”。如果关闭，则大0或1

Manipulator	含义
`std::boolalpha`	布尔类型会打印 “true” or “false”
`std::noboolalpha`	布尔类型会打印 0 or 1 (default)

例如：

std::cout << true << ' ' << false << '\n';

std::cout.setf(std::ios::boolalpha);
std::cout << true << ' ' << false << '\n';

std::cout << std::noboolalpha << true << ' ' << false << '\n';

std::cout << std::boolalpha << true << ' ' << false << '\n';

结果：

1 0
true false
1 0
true false

组	标记	含义
	`std::ios::showpos`	设置后，正数前面会添加+号

Manipulator	含义
`std::showpos`	正数前面会添加+号
`std::noshowpos`	正数前面不添加+号

例如：

std::cout << 5 << '\n';

std::cout.setf(std::ios::showpos);
std::cout << 5 << '\n';

std::cout << std::noshowpos << 5 << '\n';

std::cout << std::showpos << 5 << '\n';

结果：

5
+5
5
+5

组	标记	含义
	`std::ios::uppercase`	If set, uses upper case letters

Manipulator	含义
`std::uppercase`	使用大写字母
`std::nouppercase`	使用小写字母

例如：

std::cout << 12345678.9 << '\n';

std::cout.setf(std::ios::uppercase);
std::cout << 12345678.9 << '\n';

std::cout << std::nouppercase << 12345678.9 << '\n';

std::cout << std::uppercase << 12345678.9 << '\n';

结果：

组	标记	含义
`std::ios::basefield`	`std::ios::dec`	按照十进制打印（默认的）
`std::ios::basefield`	`std::ios::hex`	按照十六进制打印
`std::ios::basefield`	`std::ios::oct`	按照八进制打印
`std::ios::basefield`	(none)	根据前缀字母打印

Manipulator	Meaning
`std::dec`	按照十进制打印
`std::hex`	按照十六进制打印
`std::oct`	按照八进制打印

例如：

std::cout << 27 << '\n';

std::cout.setf(std::ios::dec, std::ios::basefield);
std::cout << 27 << '\n';

std::cout.setf(std::ios::oct, std::ios::basefield);
std::cout << 27 << '\n';

std::cout.setf(std::ios::hex, std::ios::basefield);
std::cout << 27 << '\n';

std::cout << std::dec << 27 << '\n';
std::cout << std::oct << 27 << '\n';
std::cout << std::hex << 27 << '\n';

结果：

到目前为止，你应该能够看到通过标志和通过操作符设置格式之间的关系。在以后的例子中，我们将使用操纵符，除非它们不可用。

精度、计数法和小数点

使用 manipulators (或者标记) 也可以改变数值打印时的精度和要展示的小数点位数。这些格式化选项的组合比较复杂，让我们仔细研究一下：

Manipulator	含义
`std::fixed`	使用十进制记数法
`std::scientific`	使用科学计数法
`std::showpoint`	对于浮点值，始终显示小数点和末尾0
`std::noshowpoint`	对于浮点值，不显示小数点和末尾0
`std::setprecision(int)`	为浮点数设置精度(定义在 `iomanip` 头文件中)

成员函数	含义
`std::ios_base::precision()`	返回当前浮点数的精度
`std::ios_base::precision(int)`	设置浮点数精度并返回之前的精度

如果使用固定记数法或科学记数法，则精度决定分数中显示的小数点后多少位。注意，如果精度小于有效位数，则数字将四舍五入。

std::cout << std::fixed << '\n';
std::cout << std::setprecision(3) << 123.456 << '\n';
std::cout << std::setprecision(4) << 123.456 << '\n';
std::cout << std::setprecision(5) << 123.456 << '\n';
std::cout << std::setprecision(6) << 123.456 << '\n';
std::cout << std::setprecision(7) << 123.456 << '\n';

std::cout << std::scientific << '\n';
std::cout << std::setprecision(3) << 123.456 << '\n';
std::cout << std::setprecision(4) << 123.456 << '\n';
std::cout << std::setprecision(5) << 123.456 << '\n';
std::cout << std::setprecision(6) << 123.456 << '\n';
std::cout << std::setprecision(7) << 123.456 << '\n';

打印：

456
4560
45600
456000
4560000

235e+002
2346e+002
23456e+002
234560e+002
2345600e+002

如果既不使用固定计数法也不使用科学计数法，则精度决定了应该显示多少有效数字。同样，如果精度小于有效位数，则数字将四舍五入。

std::cout << std::setprecision(3) << 123.456 << '\n';
std::cout << std::setprecision(4) << 123.456 << '\n';
std::cout << std::setprecision(5) << 123.456 << '\n';
std::cout << std::setprecision(6) << 123.456 << '\n';
std::cout << std::setprecision(7) << 123.456 << '\n';

打印结果：

使用 showpoint manipulator 或标记，可以打印小数点和末尾0。

std::cout << std::showpoint << '\n';
std::cout << std::setprecision(3) << 123.456 << '\n';
std::cout << std::setprecision(4) << 123.456 << '\n';
std::cout << std::setprecision(5) << 123.456 << '\n';
std::cout << std::setprecision(6) << 123.456 << '\n';
std::cout << std::setprecision(7) << 123.456 << '\n';

运行结果如下：

下面是一个有更多例子的汇总表:

Option  Precision   12345.0 0.12345
Normal  3   1.23e+004   0.123
 1.235e+004  0.1235
 12345   0.12345
 12345   0.12345
Showpoint   3   1.23e+004   0.123
 1.235e+004  0.1235
 12345.  0.12345
 12345.0 0.123450
Fixed   3   12345.000   0.123
 12345.0000  0.1235
 12345.00000 0.12345
 12345.000000    0.123450
Scientific  3   1.235e+004  1.235e-001
 1.2345e+004 1.2345e-001
 1.23450e+004    1.23450e-001
 1.234500e+004   1.234500e-001

宽度、填充字符和对齐

通常，当我们打印数字时是不考虑其周围的空间的。不过，我们的确可以让数字向左或向右对其。为此，我们必须首先定义一个字段宽度——即输出空间的大小。如果实际打印的数字小于字段宽度，它将被左对齐或右对齐(根据指定)。如果实际数字大于字段宽度，它并不会被截断——而是会溢出。

Group	Flag	Meaning
`std::ios::adjustfield`	`std::ios::internal`	Left-justifies the sign of the number, and right-justifies the value
`std::ios::adjustfield`	`std::ios::left`	Left-justifies the sign and value
`std::ios::adjustfield`	`std::ios::right`	Right-justifies the sign and value (default)

Manipulator	Meaning
`std::internal`	Left-justifies the sign of the number, and right-justifies the value
`std::left`	Left-justifies the sign and value
`std::right`	Right-justifies the sign and value
`std::setfill(char)`	Sets the parameter as the fill character (defined in the iomanip header)
`std::setw(int)`	Sets the field width for input and output to the parameter (defined in the iomanip header)

Member function	Meaning
`std::basic_ostream::fill()`	Returns the current fill character
`std::basic_ostream::fill(char)`	Sets the fill character and returns the old fill character
`std::ios_base::width()`	Returns the current field width
`std::ios_base::width(int)`	Sets the current field width and returns old field width

为了使用这些格式化操作，我们必须先设置宽度。设置宽度可以通过 width(int) 成员函数来完成，或者通过 setw() manipulator。注意，默认情况下是右对齐的。

std::cout << -12345 << '\n'; // print default value with no field width
std::cout << std::setw(10) << -12345 << '\n'; // print default with field width
std::cout << std::setw(10) << std::left << -12345 << '\n'; // print left justified
std::cout << std::setw(10) << std::right << -12345 << '\n'; // print right justified
std::cout << std::setw(10) << std::internal << -12345 << '\n'; // print internally justified

运行结果为：

注意，setw() 和 width() 只对下一个输出语句有效，和其他的标记或manipulators不同，它们不是持久化的。

接下来，让我们设置一个填充字符并进行类似的操作：

std::cout.fill('*');
std::cout << -12345 << '\n'; // print default value with no field width
std::cout << std::setw(10) << -12345 << '\n'; // print default with field width
std::cout << std::setw(10) << std::left << -12345 << '\n'; // print left justified
std::cout << std::setw(10) << std::right << -12345 << '\n'; // print right justified
std::cout << std::setw(10) << std::internal << -12345 << '\n'; // print internally justified

输出结果：

-12345
****-12345
-12345****
****-12345
-****12345

注意，之前的空格被填充字符所替代了。

ostream 类和 iostream 库还提供了其他有用的输出函数、标记和 manipulators。和 istream 类一样，这些议题更适合放在专注于标准库的教程或书中(例如Nicolai M. Josuttis的“c++标准库”)。