数据输入与输出

一个标准的 C++ 程序，基本上都会涉及到数据的输入和输出，可以把我们要写的程序想像成一个黑盒子，一端输入数据，经过程序的各种魔法处理，再输出处理后的数据。

前面的程序中，我们已经有使用 cin 来读入数据，使用 cout 来输出数据，而且我们也知道了它们是属于标准输入输出流中的一部分。

标准输入输出

`cin` 与 `cout`

要使用 cin 与 cout，需要引入 iostream 头文件。iostream 是 input / output stream 的缩写，它是 C++ 中用于数据输入与输出的标准头文件，属于 C++ 标准函数库的一部分。

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
  int a, b, c;
  cin >> a >> b >> c;
  cout << "三数之和为 " << a + b + c << endl;
}

endl 代表 end line，简单说就是换行，也可以换成 \n，是同样的效果。

按行读入字符串

假设有下面一段代码去读入字符串：

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
  string s;
  cin >> s;

  cout << s << endl;
  return 0;
}

输入数据

hello world!

运行程序，得到

hello

可以发现，后面的 world! 没有读进来，这是因为在默认情况下，无论使用 cin 还是 scanf() 来读入数据，在遇到空格或换行后都会停止读入。

如果要读入完整一行内容（包括空格），可以使用getline()。

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
  string s;
  getline(cin, s); // 按行读入（包括当前行的所有内容）

  cout << s << endl;
  return 0;
}

运行程序，输出结果正确。

hello world!

空行读入的问题

偶尔我们还会同时使用 cin 和 getline() 去读入数据，这里就很容易遇到读入空行的问题。

比如说，我们希望读入下面这样的数据，一行是年龄，一行是姓名：

18
Jordan Chan

我们很容易写出下面这段代码：

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
  int age;
  cin >> age;

  string name;
  getline(cin, name);

  cout << age << endl;
  cout << name << endl;
  return 0;
}

运行程序，与期待的结果不一样，发现第二行字符串 Jordan Chan 没有读入进来。

这是因为，当我们使用 cin 读完 18 就停下来了（停在 18 与换行符之间），当使用 getline() 读入时，会首先读入 18 后面的换行符，然后就停下来，因此多读入了一个空行，反而真正想读的下一行数据没有读入进来。

解决办法，在 cin 后添加语句 cin.ignore()，忽略掉 cin 后面的换行符。

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
  int age;
  cin >> age;
  cin.ignore(); // 忽略 cin 后面的换行符

  string name;
  getline(cin, name);

  cout << age << endl;
  cout << name << endl;
  return 0;
}

`scanf()` 与`printf()`

要使用scanf() 与printf() ，需要引入 cstdio 头文件。cstdio 是将 C 中的 stdio.h 内容以 C++ 头文件的形式表示出来的写法，stdio.h 是 C 标准函数库中的头文件，是 standard buffered input & ouput 的缩写。

下面的代码我们使用了 scanf() 来读入数据，使用 printf() 来输出数据。

#include <cstdio>
using namespace std;

int main() {
  int a, b, c;
  scanf("%d %d %d", &a, &b, &c);

  printf("三数之和为 %d\n", a + b + c);
}

这里双引号中的百分号 %，代表后面紧跟的是格式化指令，不同的变量类型，对应不同的格式指令，下面是几组常见的格式化类型指令。

%d，这里的 d 代表 decimal，表示以整数输出
%f ，这里的 f 代表 float，表示以浮点数输出
%lf，这里的 lf 代表 double，表示以双精度浮点数输出
%s，这里的 s 代表 string，表示以字符串输出
%c，这里的 c 代表 character，表示以字符输出

格式化指令当然不止这些，记住一些常用的就行了，在实际使用中，那些不常见的指令可以去查阅相应的文档。

下面两种情况，建议使用 scanf() / printf() ：

一些带复杂的格式化输出，使用 printf() 更为方便
需要读取的数据很大时，使用 scanf() 读入，效率会更高一些

一般来说，在使用 cin 或 cout 的地方，一定可以替换为 scanf 或 printf，反过来就不行！

格式化输出

当我们在输入数据时，很多时候都会涉及到结果的格式化输出。

来看一个简单的例子。

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    float a, b;
    cin >> a >> b;

    cout << a / b << endl;

    return 0;
}

下面是几组输入输出数据。

输入数据 1

2 3

输出数据 1

0.666667

输入数据 2

20 3

输出数据 2

6.66667

输入数据 3

200 3

输出数据 3

66.6667

如果将程序改为 scanf 和 printf 输入输出，代码如下所示：

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    float a, b;
    scanf("%f %f", &a, &b);

    printf("%f", a / b);

    return 0;
}

同样的上面三组输入数据，结果如下。

输入数据 1

2 3

输出数据 1

0.666667

输入数据 2

20 3

输出数据 2

6.666667

输入数据 3

200 3

输出数据 3

66.666664

可以发现它们之间的区别。

当我们用 cout 输出时，结果默认保留 6 位数字（除开小数点后的所有数字）
当我们用 printf 输出时，结果默认保留小数点后 6 位数字

在实际应用中，我们如何去控制输出数据的格式呢，比如，如果想结果保留小数点后两位，该怎么做？

`cout` 进行格式化输出

#include <iostream>
#include <iomanip>
using namespace std;

int main() {
    const float PI = 3.1415926; // 定义为常量

    cout << fixed << setprecision(2) << PI << endl;

    return 0;
}

这里有两点需要注意：

要进行格式化输出，需要引入 <iomanip> 头文件，或者使用万能头文件
setprecision 用于设置精度，但精度所代表的具体含义是由 fixed 来确定的，加上 fixed，表示保留小数点后两位，如果没有 fixed，表示除开小数点后保留两位数。

`printf` 格式化输出

用 printf() 实现同样的保留小数点后两位输出，代码如下：

#include <iostream>
#include <iomanip>
using namespace std;

int main() {
    const float PI = 3.1415926; // 定义为常量

    printf("%.2f", PI);

    return 0;
}

这里的 .2f 表示结果以浮点数（float）输出，并且小数点后保留两位，相比 cout 的格式化输出更加简洁、直观。

更复杂的格式化输出

对于一些比较复杂的格式化输出，使用 printf() 可能会更方便一些。

例如，我们想希望输入两个整数 $a$ 和 $b$ ，按下面的指定格式输出。

输入：

5 3

输出：

a + b = 8, a - b = 2

如果使用 cout 输出，代码如下：

#include <iostream>
#include <cstdio>
using namespace std;

int main() {
  int a, b;
  cin >> a >> b;

  cout << "a + b = " << a + b << ", " << "a - b = " << a - b << endl;

  return 0;
}

使用 printf() 输出，代码如下：

#include <iostream>
#include <cstdio>
using namespace std;

int main() {
  int a, b;
  cin >> a >> b;

  printf("a + b = %d, a - b = %d\n", a + b, a - b);

  return 0;
}

可以直观看到，使用 printf() 的格式化输出同样会更简洁一些。

小结

在本章节中，我们快速梳理了一下 C++ 中与输入输出相关的基本知识点，在实际应用中，关于输入输出的内容还有很多，比如更多的格式化输出、说文件读入与输出等高级主题，对于初学者和刚入门的竞赛选手来说，掌握上面的这些知识点基本上够用了。