C++輸出格式化：從流輸出到控制台

一、格式化輸出的作用

在C++中，格式化輸出是指以一定的格式向控制台輸出信息。相比於普通輸出，格式化輸出能夠使輸出信息更加直觀和易讀。比如可以將輸出的數字、字符串、日期等按照一定格式進行排版，以便用戶更好地理解信息。

大多數情況下，格式化輸出是用於向用戶展示計算的結果。例如，在計算器應用中，結果需要用規範的形式呈現給用戶。在遊戲開發中，我們需要向玩家提供遊戲狀態的輸出，以便他們更好地理解和玩遊戲。在數據分析領域，我們需要將處理後的數據以可讀性更高的方式輸出，以便數據分析師進一步分析其中的規律。

C++語言提供了強大的輸出庫，可以以多種方式對輸出進行格式化。主要包括流輸出、printf()和format()等方式。本篇文章主要介紹C++流輸出的方式。

二、C++流輸出的基本語法

C++中流輸出的語法比較簡單。流輸出運算符「<<」用於將需要輸出的元素拼接到一起。例如：

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
  int a = 10;
  cout << "hello" << "world" << a << endl;
  return 0;
}

以上代碼會將「hello」，「world」和變量a的值拼接成一個字符串然後輸出，輸出結果為：「helloworld10」。通過「<<」運算符將多個元素拼接為一個字符串，不同類型的元素可以並列使用，編譯器會自動將它們轉換為字符串。

流輸出默認以空格符為分隔符，默認以換行符結尾。通過符號「endl」可以手動輸入回車符。例如：

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
  cout << "hello" << endl;
  cout << "world" << endl;
  return 0;
}

以上代碼會將「hello」與「world」分別輸出並在每個字符串結尾輸入換行符。

三、C++流輸出的格式化

在實際使用中，通常需要進行更加複雜的格式化操作，包括輸出寬度、刷空格、輸出小數、設置精度等。C++流輸出提供了豐富的選項，可以實現各種複雜的輸出需求。

3.1 輸出寬度和填充字符

在輸出一個字符串或數字時，我們往往需要控制輸出場寬和填充字符。C++流輸出提供了 setw() 函數來設置輸出的寬度，fill() 函數來設置填充字符。例如，如果我們想要輸出一個數字，並讓它至少佔 6 個字符寬度，可以採用如下方式：

#include<iostream>
#include<iomanip> // 必須 include <iomanip> 頭文件才能使用 setw() 函數
using namespace std;

int main() {
    int num = 10;
    cout << "|" << setw(6) << num << "|" << endl;
    return 0;
}

輸出結果：

| 10|

其中setw(6)指定了num所在輸出項的寬度為6個字符，左邊不足的補充空格。

類似地，如果我們希望輸出將左對齊的字符串，可以如下設置：

#include<iostream>
#include<iomanip> // 必須 include <iomanip> 頭文件才能使用 setw() 函數
using namespace std;

int main() {
    string s = "hello";
    cout << "|" << setw(10) << left << s << "|" << endl;
    return 0;
}

輸出結果：

|hello |

其中left指定將字符串左對齊輸出，剩餘字符用空格填充。

3.2 輸出小數

在C++中，輸出小數需要使用到 float、double 和 long double 等類型。小數的輸出可以通過控制符「fixed」和「scientific」進行控制。

例如，如果我們想要以科學計數法形式輸出一個十進制小數，可以使用如下代碼：

#include<iostream>
#include<iomanip> // 必須 include <iomanip> 頭文件才能使用 setprecision() 函數
using namespace std;

int main() {
    double num = 1000.0 / 3.0;
    cout << scientific << setprecision(10) << num << endl;
    return 0;
}

輸出結果：

3.3333333333e+002

在上面的代碼中，setprecision() 函數設置輸出精度到小數點後面的位數，scientific用於控制輸出結果是科學計數法。

3.3 輸出控制符

C++流輸出支持不同的控制符，用於控制輸出格式，如oct、dec、hex、left、right、flush等等。

下面是一些常用的控制符：

• boolalpha：true輸出為「true」，false輸出為「false」
• uppercase：輸出字母時強制大寫
• showbase：在輸出時顯示基數
• oct：以八進制輸出
• dec：以十進制輸出
• hex：以十六進制輸出
• left：左對齊輸出
• right：右對齊輸出
• setw()：設置輸出場寬
• setprecision()：設置輸出精度
• flush：刷新緩存區

3.4 流輸出和文件輸出

在C++中，我們可以將輸出重定向到文件中，這意味着我們可以將格式化後的輸出保存到文件中，而不是輸出到控制台。C++提供了兩種方式將輸出重定向到文件中，分別為流輸出和文件輸出。

對於流輸出，我們可以將輸出重定向到字符串緩存中，然後將其保存至文件中。流輸出到字符串緩存的核心是stringstream庫。

例如，我們可以通過如下代碼將輸出重定向到字符串中：

#include<iostream>
#include<fstream>
#include<sstream>
using namespace std;

int main(){
    //將 cout 重定向到 buffer
    stringstream buffer;
    cout.rdbuf(buffer.rdbuf());
    //執行輸出操作
    cout<<"hello, world!"<<endl;
    //從 buffer 中讀取輸出
    string output = buffer.str();
    //將輸出寫入文件中
    ofstream outfile("output.txt");
    outfile<<output<<endl;
    outfile.close();
    return 0;
}

在上面的代碼中，我們使用 cout.rdbuf() 將輸出流重定向到字符串緩存中，執行後打印出「hello, world!」。接着，在代碼中使用了 buffer.str() 方法從字符串緩存中讀出輸出，並將其保存到文件中。

類似地，C++中還可以通過文件輸出流重定向輸出到文件中。例如：

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

int main(){
    //將 cout 輸出重定向到文件
    ofstream outfile("output.txt");
    streambuf* old_cout_buf = cout.rdbuf(); //保存 cout 原有的 buf 指針
    cout.rdbuf(outfile.rdbuf()); //將 cout 的 buf 指向 outfile 的 buf 指針
    //執行輸出操作
    cout<<"hello, file!"<<endl;
    //恢復 cout 輸出到舊 buf
    cout.rdbuf(old_cout_buf);
    return 0;
}

以上程序會向當前目錄下的 output.txt 文件寫入一行文本「hello, file!」。

四、總結

本文主要介紹了C++流輸出的基本語法、格式化等操作。有了這些基本操作的掌握，我們可以更好地控制輸出信息的形式和布局，為用戶提供更好的使用體驗。

總之，格式化輸出不僅可以使程序具有更好的可讀性和易用性，還可以為用戶提供更直觀和良好的用戶體驗。C++流輸出是實現格式化輸出的重要手段之一，掌握其基本語法和格式化操作，能夠使我們的程序能夠更好地滿足用戶需求。