C++的cin/cout高階格式化操作
這篇文章主要講解如何在C++中使用cin/cout進行高階的格式化輸出操作，包括數字的各種計數法（精度）輸出，左或右對齊，大小寫等等。通過本文，您可以完全脫離scanf/printf，僅使用cin/cout來完成一切需要的格式化輸入輸出功能（從非效能的角度而言）。更進一步而言，您還可以在、上使用這些格式化操作，從而代替sscanf/sprintf和fscanf/fprintf函式。為方便描述，下文僅以cin/cout為例進行介紹。
一、綜述
cin/cout是STL庫提供的一個iostream例項，擁有ios_base基類的全部函式和成員資料。進行格式化操作可以直接利用setf/unsetf函式和flags函式。cin/cout維護一個當前的格式狀態，setf/unsetf函式是在當前的格式狀態上追加或刪除指定的格式，而flags則是將當前格式狀態全部替換為指定的格式。cin/cout為這兩個函式提供瞭如下引數（可選格式）：
ios::dec 以10進製表示整數
ios::hex 以16進製表示整數
ios::oct 以8進製表示整數
ios::showbase 為整數新增一個表示其進位制的字首
ios::internal 在符號位和數值的中間插入需要數量的填充字元以使串兩端對齊
ios::left 在串的末尾插入填充字元以使串居左對齊
ios::right 在串的前面插入填充字元以使串居右對齊
ios::boolalpha 將bool型別的值以true或flase表示，而不是1或0
ios::fixed 將符點數按照普通定點格式處理（非科學計數法）
ios::scientific 將符點數按照科學計數法處理（帶指數域）
ios::showpoint 在浮點數表示的小數中強制插入小數點（預設情況是浮點數表示的整數不顯示小數點）
ios::showpos 強制在正數前新增+號
ios::skipws 忽略前導的空格（主要用於輸入流，如cin）
ios::unitbuf 在插入（每次輸出）操作後清空快取
ios::uppercase 強制大寫字母
以上每一種格式都佔用獨立的一位，因此可以用“|”（位或）運算子組合使用。呼叫setf/unsetf或flags設定格式一般按如下方式進行：
1 cout.setf(ios::right | ios::hex); //設定16進位制右對齊
2 cout.setf(ios::right, ios::adjustfield); //取消其它對齊，設定為右對齊
setf可接受一個或兩個引數，一個引數的版本為設定指定的格式，兩個引數的版本中，後一個引數指定了刪除的格式。三個已定義的組合格式為：
ios::adjustfield 對齊格式的組合位
ios::basefield 進位制的組合位
ios::floatfield 浮點表示方式的組合位
設定格式之後，下面所有使用cout進行的輸出都會按照指定的格式狀態執行。但是如果在一次輸出過程中需要混雜多種格式，使用cout的成員函式來處理就顯得很不方便了。STL另提供了一套庫可以滿足這種使用方式。庫中將每一種格式的設定和刪除都進行了函式級的同名封裝，比如fixed函式，就可以將一個ostream的物件作為引數，在內部呼叫setf函式對其設定ios::fixed格式後再返回原物件。此外還提供了setiosflags、setbase、setfill、setw、setprecision等方便的格式控制函式，下文會逐一進行介紹。大多數示例程式碼都會使用到，因此預設包含的標頭檔案均為：
1 #include
2 #include
二、縮排
將輸出內容按指定的寬度對齊，需要用到ios::right、ios::left、ios::internal和iomanip裡的setw。其中setw用於指定要輸出內容的對齊寬度。以下兩段程式碼的結果完全相同，前面是一個浮點數-456.98，後面緊跟著一個字串“The End”以及換行符“endl”。
程式碼一：
01 #include
02 #include
03 using namespace std;
04 int main(void) {
05 cout.flags(ios::left); //左對齊
06 cout << setw(10) << -456.98 << “The End” << endl;
07 cout.flags(ios::internal); //兩端對齊
08 cout << setw(10) << -456.98 << “The End” << endl;
09 cout.flags(ios::right); //右對齊
10 cout << setw(10) << -456.98 << “The End” << endl;
11 return 0;
12 }
程式碼二：
1 #include
2 #include
3 using namespace std;
4 int main(void) {
5 cout << left << setw(10) << -456.98 << “The End” << endl; //左對齊
6 cout << internal << setw(10) << -456.98 << “The End” << endl; //兩端對齊
7 cout << right << setw(10) << -456.98 << “The End” << endl; //右對齊
8 return 0;
9 }
結果：
-456.98 The End
- 456.98The End
-456.98The End
這裡要額外說明的一點是，setw函式會用當前的填充字元控制對齊位置，預設的填充字元是空格。可以通過的setfill來設定填充字元，比如下面的程式碼用字元“0”作為填充字元：
1 #include
2 #include
3 using namespace std;
4 int main(void) {
5 cout << setfill(‘0’) << setw(10) << 45698 << endl;
6 return 0;
7 }
結果：
0000045698
三、整數
輸出整數的格式有按不同進位制數出：ios::hex（16進位制）、ios::dec（10進位制）、ios::oct（8進位制），也可強制其輸出符號（正數也加上“+”號字首），對於16進位制的輸出還可配合ios::uppercase使所有字母以大寫表示。程式碼示例如下：
01 #include
02 #include
03 using namespace std;
04 int main(void) {
05 cout.setf(ios::showpos | ios::uppercase);
06 cout << hex << setw(4) << 12 << setw(12) << -12 << endl;
07 cout << dec << setw(4) << 12 << setw(12) << -12 << endl;
08 cout << oct << setw(4) << 12 << setw(12) << -12 << endl;
09 cout.unsetf(ios::showpos | ios::uppercase);
10 cout << hex << setw(4) << 12 << setw(12) << -12 << endl;
11 cout << dec << setw(4) << 12 << setw(12) << -12 << endl;
12 cout << oct << setw(4) << 12 << setw(12) << -12 << endl;
13 return 0;
14 }
結果：
C FFFFFFF4
+12 -12
14 37777777764
c fffffff4
12 -12
14 37777777764
利用的setbase函式同樣可以設定整數的三種進位制，引數分別為8、10和16，但使用起來比上面的方法還更復雜一些，除非是特殊的程式碼規範要求（有些規範要求避免將常量直接作為表示式），一般不建議使用setbase。此外，還可以利用ios::showbase來為整數的前面加一個表示進位制的字首，程式碼如下：
1 #include
2 #include
3 using namespace std;
4 int main(void) {
5 cout << showbase << setw(4) << hex << 32 << setw(4) << oct << 32 << endl;
6 cout << noshowbase << setw(4) << hex << 32 << setw(4) << oct << 32 << endl;
7 return 0;
8 }
結果：
0x20 040
20 40
上面程式碼中的showbase/noshobase也可以用cout的setf來代替，其結果是完全相同的：
01 #include
02 #include
03 using namespace std;
04 int main(void) {
05 cout.setf(ios::showbase);
06 cout << setw(4) << hex << 32 << setw(4) << oct << 32 << endl;
07 cout.unsetf(ios::showbase);
08 cout << setw(4) << hex << 32 << setw(4) << oct << 32 << endl;
09 return 0;
10 }
四、小數
小數可分為兩種格式型別，一種是定點表示“ios::fixed”（不帶指數域），另一種是科學計數法表示“ios::scientific”（帶指數域）。與的setprecision配合使用，可以表示指定小數點後面的保留位數（四捨五入）。示例程式碼如下：
01 #include
02 #include
03 using namespace std;
04 int main(void) {
05 cout.setf(ios::fixed);
06 cout << setprecision(0) << 12.05 << endl;
07 cout << setprecision(1) << 12.05 << endl;
08 cout << setprecision(2) << 12.05 << endl;
09 cout << setprecision(3) << 12.05 << endl;
10 cout.setf(ios::scientific, ios::floatfield);
11 cout << setprecision(0) << 12.05 << endl;
12 cout << setprecision(1) << 12.05 << endl;
13 cout << setprecision(2) << 12.05 << endl;
14 cout << setprecision(3) << 12.05 << endl;
15 return 0;
16 }
結果：
12
12.1
12.05
12.050
1.205000e+001
1.2e+001
1.21e+001
1.205e+001
需要注意的是，有時會因為機器的精度問題導致四捨五入的結果不正確。這種問題一般需要手動修正，見如下程式碼示例：
1 #include
2 #include
3 using namespace std;
4 int main(void) {
5 cout << fixed << setprecision(1) << 2.05 << endl;
6 cout << fixed << setprecision(1) << 2.05 + 1e-8 << endl;
7 return 0;
8 }
結果：
2.0
2.1
四、字串
字串的輸出處理主要是對齊，這一點在第二部分已經介紹過了，下面主要介紹字串的輸入方法。為了方便起見，我們使用庫。在輸入字串時，可以利用庫提供的getline函式讀取整行資料。getline函式有兩個版本，第一個版本有兩個引數，第一個引數指定輸入流（比如cin），第二個引數指定一個string物件。getline會讀取螢幕上輸入的字元，直到遇到換行符“\n”為止；第二個版本有三個引數，前兩個與第一個版本相同，第三個引數為指定的結束字元。注意，getline不會讀入預設或指定的結束字元，但在呼叫之後讀取的位置已經跳過結束字元。呼叫示例程式碼如下：
01 #include
02 #include
03 #include
04 using namespace std;
05 int main(void) {
06 string str1, str2;
07 getline(cin, str1);
08 cin >> str2;
09 cout << str1 << endl << str2 << endl;
10 return 0;
11 }
輸入：
abc
abc
結果：
abc
abc
五、緩衝區
由於呼叫系統函式在螢幕上逐個顯示字元是很慢的，因此cin/cout為了加快速度使用緩衝區技術，粗略的講就是暫時不輸出指定的字元，而是存放在緩衝區中，在合適的時機一次性輸出到螢幕上。如果單純使用C++的輸入/輸出流來操作字元是不存在同步的問題的，但是如果要和C標準庫的stdio庫函式混合使用就必須要小心的處理緩衝區了。如果要與scanf和printf聯合使用，務必在呼叫cout前加上cout.sync_with_stdio()，設定與stdio同步，否則輸出的資料順序會發生混亂。
flush和endl都會將當前緩衝區中的內容立即寫入到螢幕上，而unitbuf/nounitbuf可以禁止或啟用緩衝區。示例程式碼如下：
1 #include
2 #include
3 using namespace std;
4 int main(void) {
5 cout << 123 << flush << 456 << endl;
6 cout << unitbuf << 123 << nounitbuf << 456 << endl;
7 return 0;
8 }
結果：
123456
123456
六、綜合使用
示例程式碼：
01 #include
02 #include
03 #include
04 using namespace std;
05 struct COMMODITY { string Name; int Id; int Cnt; double Price; };
06 int main(void) {
07 COMMODITY cmd[] = {
08 {“Fruit”, 0x101, 50, 5.268},
09 {“Juice”, 0x102, 20, 8.729},
10 {“Meat”, 0x104, 30, 10.133},
11 };
12 cout << left << setw(8) << “NAME” << right << setw(8) << “ID”;
13 cout << right << setw(8) << “COUNT” << right << setw(8) << “PRICE” << endl;
14 for (int i = 0; i < sizeof(cmd) / sizeof(cmd[0]); ++i) {
15 cout << left << setw(8) << cmd[i].Name;
16 cout << right << hex << showbase << setw(8) << cmd[i].Id;
17 cout << dec << noshowbase << setw(8) << cmd[i].Cnt;
18 cout << fixed << setw(8) << setprecision(2) << cmd[i].Price << endl;
19 }
20 return 0;
21 }
結果：
NAME ID COUNT PRICE
Fruit 0x101 50 5.27
Juice 0x102 20 8.73
Meat 0x104 30 10.13