C++的cout高阶格式化操作

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这篇文章主要讲解如何在C++中使用cout进行高级的格式化输出操作，包括数字的各种计数法（精度）输出，左或右对齐，大小写等等。通过本文，您可以完全脱离scanf/printf，仅使用cout来完成一切需要的格式化输入输出功能（从非性能的角度而言）。更进一步而言，您还可以在<sstream>、<fstream>上使用这些格式化操作，从而代替sprintf和fprintf函数。为方便描述，下文仅以cout为例进行介绍。

一、综述

cout是STL库提供的一个iostream实例，拥有ios_base基类的全部函数和成员数据。进行格式化操作可以直接利用setf/unsetf函数和flags函数。cout维护一个当前的格式状态，setf/unsetf函数是在当前的格式状态上追加或删除指定的格式，而flags则是将当前格式状态全部替换为指定的格式。cout为这个函数提供了如下参数（可选格式）：

ios::dec 以10进制表示整数

ios::hex 以16进制表示整数

ios::oct 以8进制表示整数

ios::showbase 为整数添加一个表示其进制的前缀

ios::internal 在符号位和数值的中间插入需要数量的填充字符以使串两端对齐

ios::left 在串的末尾插入填充字符以使串居左对齐

ios::right 在串的前面插入填充字符以使串居右对齐

ios::boolalpha 将bool类型的值以true或flase表示，而不是1或0

ios::fixed 将符点数按照普通定点格式处理（非科学计数法）

ios::scientific 将符点数按照科学计数法处理（带指数域）

ios::showpoint 在浮点数表示的小数中强制插入小数点（默认情况是浮点数表示的整数不显示小数点）

ios::showpos 强制在正数前添加+号

ios::skipws 忽略前导的空格（主要用于输入流，如cin）

ios::unitbuf 在插入（每次输出）操作后清空缓存

ios::uppercase 强制大写字母

以上每一种格式都占用独立的一位，因此可以用“|”（位或）运算符组合使用。调用setf/unsetf或flags设置格式一般按如下方式进行：

#include <iomanip>
#include <iostream>


二、缩进
将输出内容按指定的宽度对齐，需要用到ios::right、ios::left、ios::internal和iomanip里的setw。其中setw用于指定要输出内容的对齐宽度。以下两段代码的结果完全相同，前面是一个浮点数-456.98，后面紧跟着一个字符串“The End”以及换行符“endl”。

代码一：


代码二：

#include <iomanip>
#include <iostream>
using namespace std;
int main(void) {
cout << left << setw(10) << -456.98 << "The End" << endl; //左对齐
cout << internal << setw(10) << -456.98 << "The End" << endl; //两端对齐
cout << right << setw(10) << -456.98 << "The End" << endl; //右对齐
return 0;
}


结果：

-456.98   The End
-   456.98The End
-456.98The End

这里要额外说明的一点是，setw函数会用当前的填充字符控制对齐位置，默认的填充字符是空格。可以通过<iomanip>的setfill来设置填充字符，比如下面的代码用字符“0”作为填充字符：

0000045698

三、整数
输出整数的格式有按不同进制数出：ios::hex（16进制）、ios::dec（10进制）、ios::oct（8进制），也可强制其输出符号（正数也加上“+”号前缀），对于16进制的输出还可配合ios::uppercase使所有字母以大写表示。代码示例如下：

#include <iomanip>
#include <iostream>
using namespace std;
int main(void) {
cout.setf(ios::showpos | ios::uppercase);
cout << hex << setw(4) << 12 << setw(12) << -12 << endl;
cout << dec << setw(4) << 12 << setw(12) << -12 << endl;
cout << oct << setw(4) << 12 << setw(12) << -12 << endl;
cout.unsetf(ios::showpos | ios::uppercase);
cout << hex << setw(4) << 12 << setw(12) << -12 << endl;
cout << dec << setw(4) << 12 << setw(12) << -12 << endl;
cout << oct << setw(4) << 12 << setw(12) << -12 << endl;
return 0;
}


结果：

C    FFFFFFF4
+12         -12
14 37777777764
c    fffffff4
12         -12
14 37777777764

利用<iomanip>的setbase函数同样可以设置整数的三种进制，参数分别为8、10和16，但使用起来比上面的方法还更复杂一些，除非是特殊的代码规范要求（有些规范要求避免将常量直接作为表达式），一般不建议使用setbase。此外，还可以利用ios::showbase来为整数的前面加一个表示进制的前缀，代码如下：

#include <iomanip>
#include <iostream>
using namespace std;
int main(void) {
cout.setf(ios::showbase);
cout << setw(4) << hex << 32 << setw(4) << oct << 32 << endl;
cout.unsetf(ios::showbase);
cout << setw(4) << hex << 32 << setw(4) << oct << 32 << endl;
return 0;
}


四、小数
小数可分为两种格式类型，一种是定点表示“ios::fixed”（不带指数域），另一种是科学计数法表示“ios::scientific”（带指数域）。与<iomanip>的setprecision配合使用，可以表示指定小数点后面的保留位数（四舍五入）。示例代码如下：

#include <iomanip>
#include <iostream>
using namespace std;
int main(void) {
cout << fixed << setprecision(1) << 2.05 << endl;
cout << fixed << setprecision(1) << 2.05 + 1e-8 << endl;
return 0;
}


结果：

2.0
2.1

四、字符串
字符串的输出处理主要是对齐，这一点在第二部分已经介绍过了，下面主要介绍字符串的输入方法。为了方便起见，我们使用<string>库。在输入字符串时，可以利用<string>库提供的getline函数读取整行数据。getline函数有两个版本，第一个版本有两个参数，第一个参数指定输入流（比如cin），第二个参数指定一个string对象。getline会读取屏幕上输入的字符，直到遇到换行符“\n”为止；第二个版本有三个参数，前两个与第一个版本相同，第三个参数为指定的结束字符。注意，getline不会读入默认或指定的结束字符，但在调用之后读取的位置已经跳过结束字符。调用示例代码如下：

   abc
abc

结果：

abc
abc

五、缓冲区
由于调用系统函数在屏幕上逐个显示字符是很慢的，因此cin/cout为了加快速度使用缓冲区技术，粗略的讲就是暂时不输出指定的字符，而是存放在缓冲区中，在合适的时机一次性输出到屏幕上。如果单纯使用C++的输入/输出流来操作字符是不存在同步的问题的，但是如果要和C标准库的stdio库函数混合使用就必须要小心的处理缓冲区了。如果要与scanf和printf联合使用，务必在调用cout前加上cout.sync_with_stdio()，设置与stdio同步，否则输出的数据顺序会发生混乱。

flush和endl都会将当前缓冲区中的内容立即写入到屏幕上，而unitbuf/nounitbuf可以禁止或启用缓冲区。示例代码如下：

#include <iomanip>
#include <iostream>
using namespace std;
int main(void) {
cout << 123 << flush << 456 << endl;
cout << unitbuf << 123 << nounitbuf << 456 << endl;
return 0;
}


结果：

123456
123456

六、综合使用
示例代码：

#include <iomanip>
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
struct COMMODITY { string Name; int Id; int Cnt; double Price; };
int main(void) {
COMMODITY cmd[] = {
{"Fruit", 0x101, 50, 5.268},
{"Juice", 0x102, 20, 8.729},
{"Meat", 0x104, 30, 10.133},
};
cout << left << setw(8) << "NAME" << right << setw(8) << "ID";
cout << right << setw(8) << "COUNT" << right << setw(8) << "PRICE" << endl;
for (int i = 0; i < sizeof(cmd) / sizeof(cmd[0]); ++i) {
cout << left << setw(8) << cmd[i].Name;
cout << right << hex << showbase << setw(8) << cmd[i].Id;
cout << dec << noshowbase << setw(8) << cmd[i].Cnt;
cout << fixed << setw(8) << setprecision(2) << cmd[i].Price << endl;
}
return 0;
}

结果：

NAME ID COUNT PRICE
Fruit 0x101 50 5.27
Juice 0x102 20 8.73
Meat 0x104 30 10.13