C++的IO流

在C++中，輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)用的是 cin >> 和 cout << ,cin的>>表示設(shè)備的數(shù)據(jù)流入對(duì)應(yīng)變量，cout的<<表示對(duì)應(yīng)變量數(shù)據(jù)流出到設(shè)備，因此這種輸入輸出的過(guò)程被形象的比喻為“流”。

istream/ostream

cin是標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中定義的istream類型的全局對(duì)象;cout是標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中定義的ostream類型的全局對(duì)象

iostream繼承了istream和ostream，因此用iostream實(shí)例化的對(duì)象可以輸入+輸出

它們調(diào)用的>>、<<本質(zhì)上是調(diào)用的operator>>()與operator<<()方法

int x;
cin >> x;
cin.operator>>(x);//與上面等價(jià)
cout << x;
cout.operator<<(x);//與上面等價(jià)

cout和cin不需要向C語(yǔ)言的scanf和printf一樣手動(dòng)指定類型，是因?yàn)閏in的>>，cout的<<對(duì)每個(gè)內(nèi)置類型都做了重載

int x;
while(cin >> x)
{
    //
}

對(duì)于上面代碼，可以保證有數(shù)據(jù)時(shí)一直循環(huán)，當(dāng)輸入 Ctrl + Z （EOF標(biāo)志）時(shí)再跳出循環(huán)，這本質(zhì)是得益于istream類重載的 operator bool 方法，允許流對(duì)象在布爾上下文中自動(dòng)轉(zhuǎn)換為bool值(istream的>>重載原本返回的是istream&類型)

ifstream/ofstream

 ifstream 和 ofstream 是C++中用于文件IO流的兩個(gè)類，前者僅可以讀取，后者僅可以寫入，若想讀取+寫入可以用 fstream 

//模式默認(rèn)是out，即以輸出模式打開
ofstream ofs("text.log"/*,ios::out*/);//fopen("text.log","w");
ofs << "eee";//向文件中寫入
ofs.close();//關(guān)閉文件
//模式默認(rèn)是in，即以輸入模式打開
string str;
ifstream ifs("text.log"/*,ios::in*/);//fopen("text.log",r);
ifs >> str;//讀取到str中
cout << str;

若不在構(gòu)造函數(shù)中指定文件，也可以后續(xù)用 open() 方法

ofs.open("text.log"/*,ios::out*/);
ifs.open("text.log"/*,ios::in*/);

需要注意的是，ofstream的<<只會(huì)寫入文本，例如ofs << 123，寫入的也是1,2,3的ASCII碼

而ofstream的 write() 方法可以寫入二進(jìn)制碼，例如ofs.write(123)，寫入的是4字節(jié)二進(jìn)制值：
0x7B 0x00 0x00 0x00（小端序）

ifstream的>>也只會(huì)讀取文本，若寫入時(shí)是以二進(jìn)制寫入，讀取也需要以二進(jìn)制讀取，可以用 read() 方法，但要用read讀取就必須在打開文件時(shí)指定模式 ios::binary ，表示以二進(jìn)制方式打開。

ifstream/ofstream的>>/<<的優(yōu)點(diǎn)就是，在想以字符串格式寫入數(shù)字型數(shù)據(jù)時(shí)，不需要先把數(shù)字轉(zhuǎn)換成字符串(例如tostring())

info student("張三",20);
ofstream ofs("text.log");
ofs << student._name << endl;
ofs << student._age << endl;//不需要轉(zhuǎn)成字符串再傳入
ofs.close();
info s;
ifstream ifs("text.log");
ifs >> s._name;
ifs >> s._age;
cout << s._name << ' ' << s._age << endl;

ps: fstream繼承自iostream，而iostream又繼承了ifstream和ofstream，因此fstream實(shí)例化的對(duì)象可讀可寫

istringstream/ostringstream

istringstream/ostringstream類用于將整型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為字符串(例如itoa(),tostring()等)或?qū)⒆址D(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)類型,前者可以從字符串中讀取數(shù)據(jù)（輸入流），常用于字符串解析和類型轉(zhuǎn)換，后者用于向字符串寫入數(shù)據(jù)（輸出流），常用于格式化拼接和類型轉(zhuǎn)換

若要將不同類型的數(shù)據(jù)都轉(zhuǎn)為字符串，就可以用 ostringstream 向字符串 寫入數(shù)據(jù)

若要將字符串再分割為基本類型，就可以用 istringstream 

//序列化（轉(zhuǎn)換為字符串）
info student("張三",20);
ostringstream ost;
ost << student._name << endl;
ost << student._age << endl;
//反序列化（從字符串轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)）
info st;
istringstream ist;
ist.str(ost.str());
ist >> st._name >> st._age;
cout << st._name << ' ' << st._age << '\n';

ps: stringstream繼承自iostream，而iostream又繼承了istringstream和ostringstream，因此stringstream是支持讀寫的雙向流，可解析可拼接

該對(duì)象常用于網(wǎng)絡(luò)字符串拼接與解析

空間配置器

STL的空間配置器簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)是內(nèi)存池，負(fù)責(zé)在容器申請(qǐng)內(nèi)存時(shí)分出內(nèi)存，這避免了頻繁申請(qǐng)內(nèi)存導(dǎo)致的效率開銷問(wèn)題?？臻g配置器本質(zhì)也是以空間換時(shí)間的策略，因?yàn)槌鼗夹g(shù)的缺點(diǎn)就是不用時(shí)也會(huì)占用資源?？臻g配置器分為一級(jí)空間配置器二級(jí)空間配置器

一級(jí)空間配置器

一級(jí)空間配置器就是malloc和free的封裝，并處理失敗拋異常機(jī)制。

在malloc開辟失敗時(shí)，會(huì)先檢測(cè)使用者有無(wú)設(shè)置失敗的處理函數(shù)（一個(gè)函數(shù)指針），如果有就執(zhí)行，否則拋異常。默認(rèn)情況下沒有設(shè)置該失敗的函數(shù)指針句柄，即跟operator new基本一樣，失敗拋異常

要申請(qǐng)超過(guò)128字節(jié)的內(nèi)存時(shí)，才會(huì)使用一級(jí)空間配置器，若在128字節(jié)以內(nèi)，會(huì)用二級(jí)空間配置器

二級(jí)空間配置器

二級(jí)空間配置器即為內(nèi)存池

當(dāng)容器申請(qǐng)內(nèi)存時(shí)，內(nèi)存池就分給容器對(duì)應(yīng)字節(jié)的內(nèi)存。但當(dāng)容器用完內(nèi)存時(shí)，不能單獨(dú)釋放這一小塊內(nèi)存，當(dāng)時(shí)申請(qǐng)的多大內(nèi)存就要釋放多大內(nèi)存，為了管理這些用完的內(nèi)存，二級(jí)空間配置器加入了哈希桶（開散列）

索引以8字節(jié)為間隔，到128字節(jié)，當(dāng)容器將內(nèi)存還回來(lái)時(shí)，就會(huì)根據(jù)大小選擇掛在哪個(gè)索引下面，當(dāng)后續(xù)有容器想要申請(qǐng)內(nèi)存時(shí)，就會(huì)先從哈希桶內(nèi)查找有無(wú)匹配的內(nèi)存

若容器申請(qǐng)的內(nèi)存在哈希桶中沒有，從內(nèi)存池中申請(qǐng)時(shí)，也不會(huì)只切出對(duì)應(yīng)字節(jié)的內(nèi)存，而是直接切出20個(gè)該對(duì)象內(nèi)存，返回一個(gè)，剩下19個(gè)掛在哈希桶下面。

由于容器申請(qǐng)的內(nèi)存一般都為小塊內(nèi)存，二級(jí)空間配置器就是專門為了解決申請(qǐng)小塊內(nèi)存而出現(xiàn)的，因此這樣做可以通過(guò)批量預(yù)分配顯著減少系統(tǒng)調(diào)用頻率，從而在頻繁申請(qǐng)小塊內(nèi)存的場(chǎng)景下提升性能

一個(gè)進(jìn)程中有一個(gè)空間配置器，進(jìn)程中所有的容器需要內(nèi)存，都會(huì)找空間配置器

內(nèi)存碎片問(wèn)題

內(nèi)碎片

在二級(jí)空間配置器中，如果申請(qǐng)的不是8字節(jié)的整數(shù)倍，也會(huì)向上內(nèi)存對(duì)齊到8字節(jié)整數(shù)倍，而這樣就會(huì)導(dǎo)致用于對(duì)齊的字節(jié)用不上，這就是內(nèi)碎片問(wèn)題

外碎片

當(dāng)在堆上開辟了多個(gè)小塊內(nèi)存后，若后續(xù)其中的幾塊內(nèi)存換回來(lái)，也有可能不連續(xù)

紫色×表示已釋放，若此時(shí)再申請(qǐng)48字節(jié)內(nèi)存，即使我們之前釋放的空間也有48字節(jié)，但不是連續(xù)的，就不能用這兩塊空間申請(qǐng)，這就是外碎片問(wèn)題，因此對(duì)于STL容器（常申請(qǐng)小塊內(nèi)存），就有了空間配置器來(lái)管理內(nèi)存

內(nèi)核中針對(duì)大量小塊內(nèi)存申請(qǐng)的碎片化問(wèn)題，會(huì)使用slab分配器解決，它的結(jié)構(gòu)類似于二級(jí)空間配置器

既然內(nèi)核已經(jīng)有slab分配器管理小塊內(nèi)存，為什么STL還需要二級(jí)空間配置器？

• 內(nèi)核是針對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的所有程序的，并且每個(gè)都去堆申請(qǐng)，消耗特別大
• STL的容器需要的全是小塊內(nèi)存，而且需求大小集中，因此自己設(shè)計(jì)一個(gè)自己用會(huì)效率更高，順便解決內(nèi)存碎片問(wèn)題（解決了外碎片，但有內(nèi)碎片）

到此這篇關(guān)于C++的IO流與STL的空間配置器詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++ IO流與STL空間配置器內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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