4. 系统I/O

系统 I/O

示例代码：

#include <iostream>     // 标准库头文件
// #include "myheader.h"    // 自己写的头文件

void fun(const char* pInfo, int /* pValue */)   //第二个int为设计时候保留接口，在这里没有用到，为后续保留
{
    std::cout << pInfo << "\n";
    return;
}

int main(void)
{
    fun("Hello World!", 0);
    fun("This is Windows 11", 1);
    // return 0;    // 返回值类型不标注，默认返回int类型
}

• iostream ：标准库所提供的 IO 接口，用于与用户交互

  • 输入流： cin ；输出流： cout / cerr / clog ，这里的 c 代表 "character"

    输出目标可以重定向，比如输出到单独的文件中，示例代码如下：

    #include <iostream>
    
    int main(void)
    {
        std::cout << "Output from cout \n";
        std::cerr << "Output from cerr \n";
        return 0;
    }
    

    上面的两个信息，我们可以重定向输出到文件中，使用如下命令：

    g++ -Wall -g basic_io.cpp -o basic_io
    ./basic_io>cout.txt 2>cerr.txt
    

    然后生成两个新文件：

    > ls
    basic_io.cpp	basic_io	cerr.txt	cout.txt
    

    然后打开文件夹，就能看到输出内容。

    

  • 输出流的区别： 1. 输出目标； 2. 是否立即刷新缓冲区

    • 立即刷新缓冲区的作用：使我们即时看到输出的内容
    • cerr 会立即刷新缓冲区
    • clog 不会立即刷新缓冲区

  • 缓冲区与缓冲区刷新： std::flush; std::endl

    显式刷新缓冲区：

    #include <iostream>
    
    int main(void)
    {
        std::cout << "Hello world!\n" << std::flush;
        return 0;
    }
    

    std::endl 和 std::flush 的区别：前者会刷新缓冲区并换行，后者只刷新缓冲区。

    注意：刷新缓冲区会减缓程序运行速度，需要谨慎使用。

• 名字空间：用于防止名称冲突

  namespace NameSpace1 {
      void fun()
      {}
  }
  
  namespace NameSpace2 {
      void fun()
      {}
  }
  
  int main(void)
  {
  
  }
  

  如果我们写的函数在全局中，其实它会默认添加一个全局的名字空间。上述代码在不同的名字空间中定义了两个同名的函数 fun() ，但是可以编译通过。如果都放在全局名字空间中，则会编译出错：

  void fun()
  {}
  
  void fun()
  {}
  
  int main(void)
  {
  
  }
  

  g++ namespace.cpp -o namespace
  namespace.cpp:16:6: error: redefinition of ‘void fun()’
     16 | void fun()
        |      ^~~
  namespace.cpp:13:6: note: ‘void fun()’ previously defined here
     13 | void fun()
  

  • std 名字空间 ：C++标准库的名字空间

  • 访问名字空间中元素的 3 种方式 : 域解析符 :: ； using 语句；名字空间别名

    注意：如下的 using 使用方式是错误的：

    #include <iostream>
    
    namespace NameSpace1 {
        void fun()
        {
            std::cout << "NameSpace1\n";
        }
    }
    
    namespace NameSpace2 {
        void fun()
        {
            std::cout << "NameSpace2\n";
        }
    }
    
    int main(void)
    {
        using namespace NameSpace1;
        fun();
        using namespace NameSpace2;
        fun();	// error: call of overloaded ‘fun()’ is ambiguous
    
    }
    

    编译出错：

    > g++ namespace.cpp -o namespace
    namespace.cpp: In function ‘int main()’:
    namespace.cpp:22:8: error: call of overloaded ‘fun()’ is ambiguous
       22 |     fun();
          |     ~~~^~
    namespace.cpp:11:10: note: candidate: ‘void NameSpace2::fun()’
       11 |     void fun()
          |          ^~~
    namespace.cpp:4:10: note: candidate: ‘void NameSpace1::fun()’
        4 |     void fun()
          |          ^~~
    

    为了安全，我们最好还是使用域解析符：

    #include <iostream>
    
    namespace NameSpace1 {
    void fun() { std::cout << "NameSpace1\n"; }
    } // namespace NameSpace1
    
    namespace NameSpace2 {
    void fun() { std::cout << "NameSpace2\n"; }
    } // namespace NameSpace2
    
    void fun() { std::cout << "GlobalNameSpace\n"; }
    
    int main(void) {
      // using namespace NameSpace1;
      // fun();
      // using namespace NameSpace2;
      // fun();  // error: call of overloaded ‘fun()’ is ambiguous
      NameSpace1::fun();
      NameSpace2::fun();
      fun();	// global namespace
    }
    

    这样编译运行就不会出错了。

  • 名字空间与名称改编（ name mangling ）

    链接的机制：上述的代码中，我们在定义fun() 的时候，分别定义在两个名字空间中，在链接的时候，必须要提供两个不同的连接名称，因为不能用域解析符，此时会涉及到mangling，即名称改编。

    我们将上述的代码编译成目标文件：namespace.o

    g++ namespace.s -c -o namespace.o
    

    然后使用 nm 命令查看该目标文件中的符号信息：

    nm namespace.o
                     U _GLOBAL_OFFSET_TABLE_
    00000000000000e0 t _GLOBAL__sub_I__ZN10NameSpace13funEv
    0000000000000048 T _Z3funv
    000000000000008a t _Z41__static_initialization_and_destruction_0ii
    0000000000000000 T _ZN10NameSpace13funEv
    0000000000000024 T _ZN10NameSpace23funEv
                     U _ZNSt8ios_base4InitC1Ev
                     U _ZNSt8ios_base4InitD1Ev
                     U _ZSt4cout
    0000000000000000 b _ZStL8__ioinit
                     U _ZStlsISt11char_traitsIcEERSt13basic_ostreamIcT_ES5_PKc
                     U __cxa_atexit
                     U __dso_handle
    000000000000006c T main
    

    de-mangling 操作（即查看原有的名称）：

    nm namespace.o | c++filt -t
                     U _GLOBAL_OFFSET_TABLE_
    00000000000000e0 unsigned short _GLOBAL__sub_I__ZN10NameSpace13funEv
    0000000000000048 T fun()
    000000000000008a unsigned short __static_initialization_and_destruction_0(int, int)
    0000000000000000 T NameSpace1::fun()
    0000000000000024 T NameSpace2::fun()
                     U std::ios_base::Init::Init()
                     U std::ios_base::Init::~Init()
                     U std::cout
    0000000000000000 bool std::__ioinit
                     U std::basic_ostream<char, std::char_traits<char> >& std::operator<< <std::char_traits<char> >(std::basic_ostream<char, std::char_traits<char> >&, char const*)
                     U __cxa_atexit
                     U __dso_handle
    000000000000006c T main
    

    注：mangling 和 de-mangling 不会改变 main 函数的名字，因为不会存在同名的 main 函数，所以不需要改变。

    nm 命令显示关于指定 File 中符号的信息，文件可以是对象文件、可执行文件或对象文件库。如果文件没有包含符号信息，nm 命令报告该情况，但不把它解释为出错条件。 nm 命令缺省情况下报告十进制符号表示法下的数字值。

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