C++ 输入与输出：cin、cout、getline 与流

C++ 如何与控制台交互

C++ 通过 <iostream> 头文件中的流来完成控制台输入输出。用 cout（字符输出）向外输出，用 cin（字符输入）读取用户的输入。它们用到了两个你之前在位移运算中见过的运算符，在这里被赋予了新的用途：

• << 是插入运算符，它把数据送入 cout。
• >> 是提取运算符，它从 cin 中取出数据，存入一个变量。

记住方向的一个简单办法：箭头指向的就是数据流动的方向。既然你已经能用字符串保存文本，接下来就让这些文本进出你的程序。

用 cout 打印

cout 把你插入的内容发送到标准输出。一条语句中可以连续使用多个 <<，自由地混合文本、数字和变量。

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    string name = "Ada";
    int age = 36;

    cout << "Name: " << name << '\n';
    cout << "Age: " << age << " years" << '\n';
    cout << "Next year: " << age + 1 << endl;
    return 0;
}

每个 << 都会追加到同一行，直到你插入一个换行。有两种方式可以换行：'\n' 插入一个换行字符，而 endl 插入换行符并且刷新缓冲区到屏幕。刷新是有实际开销的，所以在一个打印成千上万行的循环中，优先使用 '\n'，流会在需要时自行刷新（程序退出时也一定会刷新）。

// Fine for a one-off message:
cout << "Done" << endl;

// In a hot loop, prefer this - no forced flush each iteration:
for (int i = 0; i < 1000000; ++i)
    cout << i << '\n';

用 cin 和 >> 读取

cin >> variable 读取一个以空白字符分隔的记号，并将其转换为变量的类型。它会跳过开头的空格或换行符，然后在下一个空白字符处停止。

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int a, b;
    cout << "Enter two numbers: ";
    cin >> a >> b;            // reads two ints, separated by space or newline

    cout << "Sum: " << a + b << '\n';
    return 0;
}

由于 >> 遇到空白字符就停止，它很适合读取单个数字和单个单词，但读不了一整句话：输入 hello world 时，cin >> word 只会读到 hello，而 world 留在缓冲区中等待下一次读取。

用 getline 读取一整行

要读取一整行（包括所有空格），请使用 getline(cin, line)，它会把按下 Enter 之前的全部内容读入一个 std::string。

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

int main() {
    string fullName;
    cout << "Enter your full name: ";
    getline(cin, fullName);

    cout << "Hello, " << fullName << "!" << '\n';
    return 0;
}

只要输入中可能包含空格，比如姓名、地址、句子，它就是正确的工具。不过，一旦把 getline 和 >> 混用，就有一个陷阱在等着你。

getline 页面专门介绍了这个函数：自定义分隔符、一直读取到输入结束，以及用 std::ifstream 逐行读取文件。

cin 与 getline 的换行符陷阱

这是 C++ 输入输出中最常见的 bug。执行 cin >> n 时，提取操作读取了数字，却把换行符（你按下的 Enter 键）留在了输入缓冲区中。接下来的 getline 立刻看到这个残留的换行符，认为这一行已经结束，于是返回一个空字符串，根本没有停下来等待输入。

int age;
string city;

cin >> age;            // you type 30 and press Enter; '\n' stays in the buffer
getline(cin, city);    // reads the leftover '\n' -> city is "" (empty!)

解决方法是在 >> 之后、getline 之前，用 cin.ignore 丢弃这个残留的换行符：

#include <iostream>
#include <string>
#include <limits>
using namespace std;

int main() {
    int age;
    string city;

    cout << "Age: ";
    cin >> age;

    // Throw away everything left on the current line, up to and including '\n':
    cin.ignore(numeric_limits<streamsize>::max(), '\n');

    cout << "City: ";
    getline(cin, city);

    cout << age << " years old, from " << city << '\n';
    return 0;
}

cin.ignore(numeric_limits<streamsize>::max(), '\n') 会一直跳过字符，直到吃掉一个换行符（或到达输入末尾）。这是稳妥的写法：更短的 cin.ignore() 只丢弃一个字符，如果用户在数字后面多输入了空格就会出问题。养成使用完整写法的习惯。

输入失败时

如果用户在需要数字的地方输入了字母，提取操作就会失败：cin 进入错误状态，目标变量保持不变（从 C++11 起会被设为 0）。更糟的是，一旦 cin 处于失败状态，之后的每次读取也都会被静默跳过，你可能因此陷入死循环。

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

int main() {
    int n;
    cout << "Enter a number: ";

    while (!(cin >> n)) {           // extraction failed?
        cin.clear();               // 1. reset the error flags
        cin.ignore(numeric_limits<streamsize>::max(), '\n');  // 2. dump the bad input
        cout << "Not a number, try again: ";
    }

    cout << "You entered: " << n << '\n';
    return 0;
}

恢复总是分两步：cin.clear() 重置错误标志，让流重新可用；cin.ignore(...) 丢掉仍然卡在缓冲区里的错误字符。如果省略 ignore，错误的输入会一直留在那里，下一次 >> 又会失败，这就是经典的死循环。之所以能直接在条件中判断 cin >> n，是因为流处于失败状态时会转换为 false。

要避免的常见错误

• 用 cin >> s 读取一句话。 它会在第一个空格处停止。凡是包含空格的内容都用 getline。
• 在 >> 和 getline 之间忘了 cin.ignore。 残留的换行符会让你得到一个空行。先清空缓冲区。
• 到处都用 endl。 每个 endl 都会强制刷新一次。默认使用 '\n'，只在输出必须立即显示时才用 endl。
• 忽视 cin 读取失败。 读取数字时输入了字母，cin 就会处于失败状态；再次读取之前，一定要先 clear() 再 ignore()。