输入输出, 字符串, 正则, 时间
输入输出库
C++ 输入输出库（IOStream Library）提供了一组用于处理输入输出操作的类和函数，使得在 C++ 中进行数据流处理变得简单和直观。输入输出库主要包含以下几个部分：
1. 基本输入输出流类
1.1 iostream 类
std::cin：标准输入流，通常连接到键盘。std::cout：标准输出流，通常连接到屏幕。std::cerr：标准错误流，用于输出错误信息，通常连接到屏幕，不带缓冲。std::clog：标准日志流，用于输出日志信息，通常连接到屏幕，带缓冲。
示例
#include <iostream>
int main() { std::cout << "Enter your name: "; std::string name; std::cin >> name;
std::cout << "Hello, " << name << "!" << std::endl; std::cerr << "This is an error message." << std::endl; std::clog << "This is a log message." << std::endl;
return 0;}2. 文件输入输出流类
2.1 fstream 类
std::ifstream：文件输入流类，用于从文件读取数据。std::ofstream：文件输出流类，用于向文件写入数据。std::fstream：文件读写流类，同时支持文件的读取和写入。
示例
#include <iostream>#include <fstream>
int main() { // 写入文件 std::ofstream outFile("example.txt"); if (outFile.is_open()) { outFile << "Hello, file!" << std::endl; outFile.close(); } else { std::cerr << "Unable to open file for writing" << std::endl; }
// 从文件读取 std::ifstream inFile("example.txt"); if (inFile.is_open()) { std::string line; while (std::getline(inFile, line)) { std::cout << line << std::endl; } inFile.close(); } else { std::cerr << "Unable to open file for reading" << std::endl; }
return 0;}3. 字符串流类
3.1 sstream 类
std::istringstream：字符串输入流类，用于从字符串读取数据。std::ostringstream：字符串输出流类，用于向字符串写入数据。std::stringstream：字符串读写流类，同时支持字符串的读取和写入。
示例
#include <iostream>#include <sstream>
int main() { std::string input = "123 45.67 Hello";
// 从字符串读取数据 std::istringstream iss(input); int a; float b; std::string c; iss >> a >> b >> c; std::cout << "Integer: " << a << ", Float: " << b << ", String: " << c << std::endl;
// 向字符串写入数据 std::ostringstream oss; oss << "Number: " << 123 << ", String: " << "Hello, world!"; std::string output = oss.str(); std::cout << "Output string: " << output << std::endl;
return 0;}4. 格式化输入输出
C++ 输入输出库提供了多种格式化输入输出的方法，包括设置流格式、控制符、操纵器等。
4.1 设置流格式
使用流成员函数设置流格式，如 std::ios::setf 和 std::ios::unsetf。
#include <iostream>#include <iomanip>
int main() { int num = 255;
// 十进制输出 std::cout << "Decimal: " << num << std::endl;
// 十六进制输出 std::cout << std::hex << "Hexadecimal: " << num << std::endl;
// 八进制输出 std::cout << std::oct << "Octal: " << num << std::endl;
return 0;}4.2 控制符和操纵器
使用标准库提供的控制符和操纵器进行格式化输出，如 std::setw、std::setprecision、std::fixed 等。
#include <iostream>#include <iomanip>
int main() { double pi = 3.141592653589793;
// 设置输出宽度和对齐方式 std::cout << std::setw(10) << std::left << "Pi: " << pi << std::endl;
// 设置精度和固定浮点数格式 std::cout << std::fixed << std::setprecision(2); std::cout << "Pi (fixed, precision 2): " << pi << std::endl;
return 0;}5. 文件模式和错误处理
5.1 文件模式
打开文件时，可以指定文件模式，如 std::ios::in、std::ios::out、std::ios::binary、std::ios::app 等。
#include <iostream>#include <fstream>
int main() { std::ofstream outFile("example.txt", std::ios::out | std::ios::app); if (outFile.is_open()) { outFile << "Appending a new line." << std::endl; outFile.close(); } else { std::cerr << "Unable to open file for writing" << std::endl; }
return 0;}5.2 错误处理
使用流的成员函数如 std::ios::good、std::ios::fail、std::ios::bad 和 std::ios::eof 检查流的状态。
#include <iostream>#include <fstream>
int main() { std::ifstream inFile("example.txt"); if (inFile.is_open()) { std::string line; while (std::getline(inFile, line)) { if (inFile.bad()) { std::cerr << "Error reading file" << std::endl; break; } std::cout << line << std::endl; } inFile.close(); } else { std::cerr << "Unable to open file for reading" << std::endl; }
return 0;}字符串库
C++ 字符串库提供了丰富的功能，用于创建和操作字符串。主要包含两种字符串类型：std::string（用于处理单字节字符的字符串）和 std::wstring（用于处理宽字符的字符串）。以下是 C++ 字符串库的详细介绍和一些常见操作。
1. std::string 类
std::string 是用于处理单字节字符（如 ASCII 字符）的字符串类。它在 <string> 头文件中定义。
基本操作
#include <iostream>#include <string>
int main() { // 创建字符串 std::string str1 = "Hello"; std::string str2("World"); std::string str3(str1);
// 拼接字符串 std::string str4 = str1 + " " + str2;
// 输出字符串 std::cout << str4 << std::endl; // 输出: Hello World
// 获取字符串长度 std::cout << "Length: " << str4.length() << std::endl;
// 访问字符 std::cout << "First character: " << str4[0] << std::endl;
// 修改字符 str4[0] = 'h'; std::cout << str4 << std::endl; // 输出: hello World
return 0;}字符串常见成员函数
length()或size()：返回字符串长度。empty()：检查字符串是否为空。clear()：清空字符串内容。append()：在字符串末尾添加内容。insert()：在指定位置插入内容。erase()：删除指定位置的字符或子字符串。substr()：返回子字符串。find()：查找子字符串或字符的位置。replace()：替换子字符串。
示例
#include <iostream>#include <string>
int main() { std::string str = "Hello, World!";
// 查找子字符串 size_t pos = str.find("World"); if (pos != std::string::npos) { std::cout << "Found 'World' at position: " << pos << std::endl; }
// 提取子字符串 std::string sub = str.substr(7, 5); std::cout << "Substring: " << sub << std::endl; // 输出: World
// 替换子字符串 str.replace(7, 5, "C++"); std::cout << "After replacement: " << str << std::endl; // 输出: Hello, C++!
return 0;}2. std::wstring 类
std::wstring 是用于处理宽字符（如 Unicode 字符）的字符串类。它在 <string> 头文件中定义。
示例
#include <iostream>#include <string>
int main() { // 创建宽字符串 std::wstring wstr1 = L"Hello"; std::wstring wstr2(L"World"); std::wstring wstr3(wstr1);
// 拼接宽字符串 std::wstring wstr4 = wstr1 + L" " + wstr2;
// 输出宽字符串 std::wcout << wstr4 << std::endl; // 输出: Hello World
// 获取宽字符串长度 std::wcout << L"Length: " << wstr4.length() << std::endl;
// 访问字符 std::wcout << L"First character: " << wstr4[0] << std::endl;
// 修改字符 wstr4[0] = L'h'; std::wcout << wstr4 << std::endl; // 输出: hello World
return 0;}3. 字符串转换
C++ 提供了一些函数用于在字符串和其他数据类型之间进行转换。常见的转换函数包括：
std::to_string()：将数值转换为std::string。std::stoi()、std::stol()、std::stoll()：将std::string转换为整数类型。std::stof()、std::stod()、std::stold()：将std::string转换为浮点数类型。
示例
#include <iostream>#include <string>
int main() { int num = 42; double pi = 3.14159;
// 数值转换为字符串 std::string str_num = std::to_string(num); std::string str_pi = std::to_string(pi);
std::cout << "String number: " << str_num << std::endl; std::cout << "String pi: " << str_pi << std::endl;
// 字符串转换为数值 std::string str = "123"; int value = std::stoi(str); std::cout << "Integer value: " << value << std::endl;
return 0;}4. C 字符串与 C++ 字符串转换
C++ 提供了方便的方法在 C 风格字符串（即字符数组）和 C++ 字符串之间进行转换。
示例
#include <iostream>#include <string>
int main() { // C 字符串转换为 C++ 字符串 const char* cstr = "Hello, C++"; std::string cppstr = cstr; std::cout << "C++ string: " << cppstr << std::endl;
// C++ 字符串转换为 C 字符串 std::string cppstr2 = "Hello, C"; const char* cstr2 = cppstr2.c_str(); std::cout << "C string: " << cstr2 << std::endl;
return 0;}5. 字符串流
C++ 提供了字符串流类，用于将字符串作为输入或输出流进行操作。常见的字符串流类包括 std::istringstream、std::ostringstream 和 std::stringstream。
示例
#include <iostream>#include <sstream>#include <string>
int main() { std::string input = "42 3.14 Hello";
// 从字符串读取数据 std::istringstream iss(input); int a; float b; std::string c; iss >> a >> b >> c; std::cout << "Integer: " << a << ", Float: " << b << ", String: " << c << std::endl;
// 向字符串写入数据 std::ostringstream oss; oss << "Number: " << 123 << ", String: " << "Hello, world!"; std::string output = oss.str(); std::cout << "Output string: " << output << std::endl;
return 0;}正则库
C++11 引入了正则表达式库，用于支持正则表达式的匹配、搜索和替换操作。C++ 正则表达式库位于 <regex> 头文件中，提供了一组类和函数来处理正则表达式。
1. 正则表达式库的主要组件
1.1 std::regex
std::regex 类表示一个正则表达式对象，可以用于匹配字符串。
1.2 std::smatch 和 std::cmatch
std::smatch：用于存储字符串匹配结果的类。std::cmatch：用于存储 C 风格字符串匹配结果的类。
1.3 std::regex_match 和 std::regex_search
std::regex_match：用于整个字符串的匹配。std::regex_search：用于搜索字符串中的模式。
1.4 std::regex_replace
用于将正则表达式匹配的部分替换为新的字符串。
2. 使用示例
2.1 匹配整个字符串
std::regex_match 用于检查整个字符串是否与正则表达式匹配。
#include <iostream>#include <regex>
int main() { std::string str = "abc123"; std::regex re("abc[0-9]+");
if (std::regex_match(str, re)) { std::cout << "The string matches the regular expression." << std::endl; } else { std::cout << "The string does not match the regular expression." << std::endl; }
return 0;}2.2 搜索字符串中的模式
std::regex_search 用于搜索字符串中是否包含匹配正则表达式的子串。
#include <iostream>#include <regex>
int main() { std::string str = "This is a test string with numbers 123 and 456."; std::regex re("[0-9]+"); std::smatch match;
if (std::regex_search(str, match, re)) { std::cout << "The first match is: " << match.str() << std::endl; } else { std::cout << "No match found." << std::endl; }
return 0;}2.3 搜索所有匹配的模式
可以使用 std::regex_search 的迭代器版本来查找字符串中的所有匹配项。
#include <iostream>#include <regex>
int main() { std::string str = "This is a test string with numbers 123 and 456."; std::regex re("[0-9]+"); auto words_begin = std::sregex_iterator(str.begin(), str.end(), re); auto words_end = std::sregex_iterator();
for (std::sregex_iterator i = words_begin; i != words_end; ++i) { std::smatch match = *i; std::cout << "Match: " << match.str() << std::endl; }
return 0;}2.4 替换匹配的子串
std::regex_replace 用于将正则表达式匹配的部分替换为新的字符串。
#include <iostream>#include <regex>
int main() { std::string str = "This is a test string with numbers 123 and 456."; std::regex re("[0-9]+"); std::string result = std::regex_replace(str, re, "NUM");
std::cout << "After replacement: " << result << std::endl;
return 0;}3. 正则表达式的标志
正则表达式库提供了一些标志，用于修改正则表达式的行为：
std::regex_constants::icase：忽略大小写。std::regex_constants::nosubs：不保存匹配结果。std::regex_constants::optimize：优化匹配速度。std::regex_constants::collate：使用区域设置的规则进行字符比较。
示例：忽略大小写的匹配
#include <iostream>#include <regex>
int main() { std::string str = "Hello, World!"; std::regex re("hello", std::regex_constants::icase);
if (std::regex_search(str, re)) { std::cout << "Match found (case insensitive)." << std::endl; } else { std::cout << "No match found." << std::endl; }
return 0;}4. 使用命名捕获组（C++20 引入）
C++20 引入了命名捕获组功能，使得匹配结果的管理更加方便。
示例
#include <iostream>#include <regex>
int main() { std::string str = "My name is John, and I am 30 years old."; std::regex re(R"((?<name>\w+), and I am (?<age>\d+) years old.)");
std::smatch match; if (std::regex_search(str, match, re)) { std::cout << "Name: " << match["name"].str() << std::endl; std::cout << "Age: " << match["age"].str() << std::endl; } else { std::cout << "No match found." << std::endl; }
return 0;}时间库
C++11 引入了 <chrono> 头文件，提供了强大而灵活的时间库，用于处理时间点、时间段和时钟。C++ 时间库通过类型安全的方式处理时间和日期，避免了传统 C 风格的时间处理中的许多陷阱。以下是 C++ 时间库的详细介绍和一些常见操作。
1. 基本组件
C++ 时间库主要由以下三个基本组件构成：
- 时钟（Clocks）：获取当前时间点的来源。
- 时间点（Time Points）：特定时间点的表示。
- 时间段（Durations）：时间段或时间间隔的表示。
1.1 时钟
时钟是获取当前时间点的来源。C++ 提供了几种常用的时钟：
std::chrono::system_clock：系统时钟，表示当前的壁钟时间。std::chrono::steady_clock：单调时钟，不受系统时间调整影响。std::chrono::high_resolution_clock：高精度时钟，通常是system_clock或steady_clock的别名。
示例：获取当前时间点
#include <iostream>#include <chrono>
int main() { auto now = std::chrono::system_clock::now(); std::time_t now_time = std::chrono::system_clock::to_time_t(now); std::cout << "Current time: " << std::ctime(&now_time) << std::endl;
return 0;}1.2 时间点
时间点表示特定的时间点，通常与时钟关联。
示例：获取当前时间点并格式化输出
#include <iostream>#include <chrono>#include <ctime>
int main() { auto now = std::chrono::system_clock::now(); std::time_t now_time = std::chrono::system_clock::to_time_t(now); std::cout << "Current time: " << std::ctime(&now_time);
return 0;}1.3 时间段
时间段表示一段时间或时间间隔。可以通过减去两个时间点来获得时间段。
示例：计算程序执行时间
#include <iostream>#include <chrono>
int main() { auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
// 模拟一些工作 for (int i = 0; i < 1000000; ++i);
auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now(); std::chrono::duration<double> duration = end - start;
std::cout << "Execution time: " << duration.count() << " seconds" << std::endl;
return 0;}2. 时间段操作
C++ 时间库提供了多种时间段类型（如秒、毫秒、微秒等）和操作时间段的方法。
示例：时间段类型和操作
#include <iostream>#include <chrono>
int main() { using namespace std::chrono;
// 定义不同时间段 seconds sec(1); milliseconds ms(1000); microseconds us(1000000);
std::cout << "1 second is " << sec.count() << " seconds" << std::endl; std::cout << "1000 milliseconds is " << ms.count() << " milliseconds" << std::endl; std::cout << "1000000 microseconds is " << us.count() << " microseconds" << std::endl;
// 时间段之间的转换 auto sec_from_ms = duration_cast<seconds>(ms); std::cout << "1000 milliseconds is " << sec_from_ms.count() << " seconds" << std::endl;
return 0;}3. 时钟和时间点操作
可以通过时钟获取当前时间点，通过时间点计算时间间隔或进行比较。
示例：时钟和时间点操作
#include <iostream>#include <chrono>
int main() { using namespace std::chrono;
// 获取当前时间点 auto now = system_clock::now();
// 获取当前时间点的时间戳 std::time_t now_time = system_clock::to_time_t(now); std::cout << "Current time: " << std::ctime(&now_time);
// 添加时间段到时间点 auto future = now + hours(1); std::time_t future_time = system_clock::to_time_t(future); std::cout << "Future time (1 hour later): " << std::ctime(&future_time);
return 0;}4. 其他常见操作
4.1 睡眠
std::this_thread::sleep_for 和 std::this_thread::sleep_until 用于使线程休眠指定的时间段或直到指定的时间点。
#include <iostream>#include <thread>#include <chrono>
int main() { using namespace std::chrono_literals;
std::cout << "Sleeping for 3 seconds..." << std::endl; std::this_thread::sleep_for(3s); // C++14 语法 std::cout << "Awake!" << std::endl;
return 0;}4.2 定时器
可以使用时钟和时间点实现简单的定时器功能。
#include <iostream>#include <chrono>#include <thread>
void timer(int seconds) { std::cout << "Timer started for " << seconds << " seconds." << std::endl; std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(seconds)); std::cout << "Timer ended." << std::endl;}
int main() { timer(5); // 定时器设置为 5 秒 return 0;}