I/O Stream

簡介

你可能有聽過「輸入流」和「輸出流」，但是流是什麼呢？

流（stream）就像河流一樣，先從上游流進去的東西會先從下游流出來，而輸入流和輸出流顧名思議，就是用來控制輸入和輸出的東西。簡單來講，你輸入的東西會進入輸入流，然後再依序流往它流向的地方，像是被程式讀取，輸出流也是，程式輸出的東西會先到輸出流，再到它流向的地方，可能是你的 terminal、或是某些檔案，分成多個輸入、輸出流的目的就是為了控管不同的來源和去向。流會有「緩衝區」，就是流裡的東西會暫時停在那裡，不會馬上跑到流向的地方。

非常簡略地講解一下 C++ 裡輸入輸出的物件關係（詳細可以看這裡）。有兩個類型分別叫 ostream 和 istream，分別是輸出流和輸入流，繼承 ostream 的都是輸出流、繼承 istream 的都是輸入流，然後有另一個類型叫 iostream，它同時繼承 ostream 和 istream，所以它是雙向的，一個例子是 stringstream。

所有 istream 的用法都和 cin 一樣、所有 ostream 的用法都和 cout 一樣。

標準流

標準流是指三種流：標準輸入流、標準輸出流和標準錯誤流，標準輸入和輸出流就如同其名，分別是輸入流和輸出流，至於標準錯誤流，它是一個輸出流，它們預設都是在 terminal 上做事的，從 terminal 輸入和輸出到 terminal，在 C++ 中，它們三個分別由 cin（繼承 istream）、cout（繼承 ostream）和 cerr（繼承 ostream）控制，也就是大家最常用的輸入輸出流啦。

標準輸出流和標準錯誤流都是輸出流，那它們有什麼分別呢？首先，judge 是只會讀標準輸出流的資訊的，所以你可以輸出一堆 debug 用的訊息到標準錯誤流，忘記刪掉也不會怎麼樣，只要不要造成 TLE 就好了（像是輸出量過大）。而且它們可以被重新導向到不同的地方。

這裡提到了一個東西，叫做「重新導向（redirect）」，標準流不一定要在 terminal 做事，也可以把它導到別的地方去，如果直接在 C++ 寫，用法是這樣的：

1
2
3

freopen("filename", "w", stdout);
freopen("filename", "w", stderr);
freopen("filename", "r", stdin);

這三個分別是把標準輸出、錯誤和輸入流導向到名為 filename 的檔案，在本機測試的時候，輸入或輸出量大時，把標準流導到檔案去是很實用的方法，也很方便，只要加幾行重新導向的程式碼就可以了，而上傳到 judge 前也只要移除這幾行就好。有些比賽例如 USACO，會要求你從特定的檔案輸入輸出。

也可以在 terminal 上做重新導向，在 Linux 的 bash 和 Windows 的 CMD 都是像這樣寫：

1
2
3
4
5

command < in
command > out
command 2> err
command < in > out 2> err
command < in > out

command 是執行檔名稱，in 是輸入流導向的檔案，out 是輸出流導向的檔案，err 是錯誤流導向的檔案，可以像前三行一樣只重新導向其中一個、也可以像第四行一樣重新導向全部三個，或是像第五行只重新導向其中兩個。

對檔案輸入輸出也可以用 fstream，但比賽理論上用不到，所以有興趣可以自己查。

cin 和 cout 都有緩衝區，所以 cin 從來源讀取的東西會留在緩衝區裡等你用程式讀取，而你讓 cout 輸出的東西也會先留在緩衝區，不會馬上出現在它導向到的地方，讓輸出流真的輸出緩衝區裡的東西的動作叫 flush，手動 flush 的方法是 cout << flush，cout 也可以換成其他有緩衝區的輸出流，自動 flush 的條件後面會提到。而 cerr 不緩衝，所以讓 cerr 輸出的東西就會馬上輸出。

使用

運算子重載

重載 << 和 >> 就能讓原本不能直接輸入輸出的東西可以直接 cin/cout 了，例如：

1
2
3
4
5
6
7

ostream& operator<<(ostream& o, pair<int, int> p){
    return o << p.first << " " << p.second;
}

istream& operator>>(istream& i, pair<int, int> p){
    return i >> p.first >> p.second;
}

輸入格式

EOF

EOF 是 End of File 的縮寫。有些題目會在一個檔案放多筆測資，比較現代的題目會先輸入一個數字告訴你接下來有幾筆，但比較古老的題目或心理比較古老的人出的題目就會跟你說「以 EOF 結束」，所以你必須一直讀到檔案結束為止，做法很簡單：

1
2
3

while(cin >> /*...*/){
    //...
}

cin >> ... 除了把東西輸入到變數裡，也會回傳 cin 本身（這就是為什麼可以像 cin >> a >> b >> c >> ... 串一大串），而 cin 可以轉型成 bool，如果遇到 EOF（或其他原因導致輸入失敗）了它就是 false，否則它就是 true。

EOF 這東西不是一個字元，所以你可能會想，terminal 不是 file，不就沒有 EOF 了嗎？在 Windows 可以用 ctrl+z 製造出 EOF，其他系統可以用 ctrl+d。

輸入一整行

用像是 cin >> ... 的方式輸入的話，會先忽略緩衝區前面的所有空白字元（空格、換行等等），然後讀取非空白字元，直到遇到空白字元再停下來。

但是，當遇到這種情況，就會需要一次輸入一整行：你需要知道哪些東西在同一行，而且又不確定一行有幾個，方法是這樣：

1
2

string s;
getline(in, s); //in 是輸入流

getline 也可以放進 while 裡判 EOF。

getline 跟 >> 混用的話會發生一個問題，假設有兩行輸入，第一行有一個數字，下一行有未知數量的以空格隔開的數字，首先它們會全部進入緩衝區，如果你先用 >> 輸入了一個數字，那麼在緩衝區內的這個數字會被移除，但它後面的換行不會，所以你這個時候用 getline，就得到一個空字串，解決方法也很簡單，就是 getline 一次把空白行清掉後，再 getline 一次。

忽略輸入

直接看題目：ZeroJudge c268，這題表面上是要你找三個數字當三角形的邊長，可以 做完，可是第一 超大，把數字排序好後就 TLE 了，就算不排序，雖然輸入的複雜度是 ，但輸入常數很大，輸入這麼多東西也會 TLE 的。

可以發現到若輸入的數字都不能構成三角形，那麼在數字都盡量小的情況下，把它們排序後會變成費氏數列，而輸字的最大值又是 ，費氏數列還沒到第 50 項就會超過了，所以可以得出 的時候保證有解。

現在排序的問題解決了，那輸入的問題呢？它是一個檔案多筆測資，所以也不能讀到 就直接 return，解決方法是：

1

cin.ignore(100000000, '\n');

這麼做可以忽略掉到一部分的輸入，第一個參數是忽略的字元上限，打一個很大的數字就行了，第二個是停下來的字元，到下一個這個字元之前和它本身的字元都會被忽略掉。

這也是 getline 解決空行的解法之一。

輸出格式

小數位數

需要輸出浮點數的題目，要嘛就是要求跟答案的差距要在某個範圍內，不然就是要求你四捨五入到第幾位，所以我們要能夠控制輸出的小數點後位數。方法是這樣：

1

cout << fixed << setprecision(10) << ...;

沒加 fixed 的話，會變成是指定總共的位數，如果小數點前的位數超過就會變科學記號，而加上 fixed 就是指定小數點後的位數了，然後它也會自己四捨五入，非常方便。還有它只作用在浮點數，像是 int 不會跑出 .0000，字元也還是以字元的形式輸出。

數字寬度

數字寬度和數字位數不一樣，輸字寬度是指輸出的總字元數不到寬度的時候，就會在它之前補上數個某固定字元。指定寬度是 setw(n)，補上的字元是 setfill(c)，預設空格，用法就一樣是 cout << setw(n) << setfill(c) << ...。要特別注意的是，setw 只作用在下一個輸出的數字（可以是浮點數或整數）上，而 setfill 不會失效。