setf, unsetf, flags 与 I/O 数据格式化

beyes

一般情况下，程序中输入或输出信息都是使用默认的格式。但是我们也可以用 ios 的成员函数或者是使用“操控符” 来精确控制 I/O 数据格式。

每个流都有一组格式标志位来控制信息的格式。在类 ios 中定义了一个位掩码枚举类型 fmtflags ，这些枚举值定义在 ios 的基类 -- 类 ios_base 中。比如在 linux 中，这个值定义在 /usr/include/c++/4.4.3/bits/ios_base.h 中，且定义如下：

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  enum _Ios_Fmtflags
    {
      _S_boolalpha      = 1L << 0,
      _S_dec            = 1L << 1,
      _S_fixed          = 1L << 2,
      _S_hex            = 1L << 3,
      _S_internal       = 1L << 4,
      _S_left           = 1L << 5,
      _S_oct            = 1L << 6,
      _S_right          = 1L << 7,
      _S_scientific     = 1L << 8,
      _S_showbase       = 1L << 9,
      _S_showpoint      = 1L << 10,
      _S_showpos        = 1L << 11,
      _S_skipws         = 1L << 12,
      _S_unitbuf        = 1L << 13,
      _S_uppercase      = 1L << 14,
      _S_adjustfield    = _S_left | _S_right | _S_internal,
      _S_basefield      = _S_dec | _S_oct | _S_hex,
      _S_floatfield     = _S_scientific | _S_fixed,
      _S_ios_fmtflags_end = 1L << 16
    };

我们就使用这些枚举值来设置或清除格式标志位。

当 skipws 被设置时，在从流输入的时候，开头的空白字符(包括空格符、制表符以及换行符)将被忽略；当标志被清除时，则不会忽略这些字符。

当 left 标志位被设置时，输出格式左对齐。当 right 被设置时，输出格式右对齐。

当 internal 被设置时，如果输出的是一个数值，那么数值的数字字符之间将用空格填充以进行对齐。如果这些标志位都没有被设置，那么默认情况下使用右对齐。

默认情况下，数值以十进制形式输出。如果设置 oct ，那么数值将以八进制形式输出。如果设置 hex ，那么数值将以十六进制形式输出。如果要重新使用默认值，那么可以设置标志位 dec 。

如果设置了 showbase，那么在输出数值的同时还输出数值的基数。例如，如果是指的基数是十六进制，那么数值 1F 将输出为 0x1F 。

在显示数值的科学计数法时，字母 e 是小写的。同样，在输出十六进制时，字符 x 也是小写的。当标志位 uppercase 被设置时，这些符号将以大写格式输出。

如果设置 showpos ，那么在输出正数时会再数值前面附加加号。

如果设置 showpoint ，那么在输出浮点数时，将会输出小数点和末尾的 0，无论是否需要。

如果设置了 scientific ，那么浮点数将以科学计数法格式输出。

如果设置了 fixed，那么浮点数将以普通格式输出。如果这两个标志都没有设置，那么编译器自动选择合适的格式输出浮点数。

如果设置了 unitbuf，那么在每次插入操作完成后，缓冲区中的内容将被刷新。

如果设置了 boolalpha ，那么布尔值将使用关键字 true 或 false 进行输入输出。

---

我们使用函数 setf() 来设置标志位，改函数是 ios 的成员函数，其通用形式如下：

fmtflags setf(fmtflags flags);

改函数将返回流以前的格式标志位，并将 flags 指定的标志位设为流当前的输出格式标志位。比如如果想设置 showbase 标志位，那么可使用下面语句：

stream.setf(ios::showbase)

其中，stream 表示需要设置标志位的流对象。这里使用了 ios:: 来指定 showbase 所在的作用域。因为 showbase 是在类 ios 中定义的枚举常量值，所以在使用它的时候必须在前面加上 ios 来限定它的作用域。

下面程序演示了使用 setf() 来设置 showpos 和 scientific 标志的情况：

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#include <iostream>
using namespace std;


int main()
{
        cout.setf(ios::showpos);
        cout.setf(ios::scientific);


        cout << 123 << " " << 123.23 << endl;


        return 0;
}

运行输出：

./setf
+123 +1.232300e+02

如果需要同时设置多个标志位，那么可使用 OR 将这些标志位连接起来，比如：

cout.setf(ios::scientific | ios::showpos);

相对应的，可以使用 unsetf() 函数来清除标志位，其原型如下：

void unsetf(fmtflags flags);

其中，flags 指定的标志位将被清除(对其他的标志位没有影响)。

又是我们需要的只是流当前的标志位，在这种情况下，可以使用函数 flags() ，函数原型如下：

fmtflags flags();

该函数将返回流的当前标志位。

下面演示了 flags() 和 unsetf() 函数的用法：

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#include <iostream>
using namespace std;


void showflags(ios::fmtflags f);


int main()
{
        ios::fmtflags f;


        f = cout.flags();


        showflags(f);
        cout.setf(ios::showpos);
        cout.setf(ios::scientific);


        f = cout.flags();
        showflags(f);


        cout.unsetf(ios::scientific);


        f = cout.flags();
        showflags(f);


        return 0;
}


void showflags(ios::fmtflags f)
{
        long i;
        for (i = 0x4000; i; i = i >> 1)
                if (i & f) cout << "1 ";
                else cout << "0 ";


        cout << "\n";
}

运行输出：

./unsetflags
0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0
0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0
0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0

编译器不同，上面程序的输出结果也可能不同。

beyes

除了可以设置数值的输出格式外，还可以设置输出数值的宽度，精度以及填充字符等。实现这些功能有下面几个函数：

streamsize width(streamsize len);
char fill(char ch);
streamsize precision(streamsize num);

width() 设置输出域的宽度为 len ，并返回当前输出域的宽度。

fill() 设置当前的填充字符为 ch，并返回当前的填充字符。填充字符的作用是：如果将要输出的数值宽度小于当前输出域的宽度，那么将一定数量的填充字符插入到数值中以使输出的字符数等于输出域的宽度。

precision() 设置小数位数为 num，并返回小数点的小数位数(默认情况下，小数点后面有 6 位小数)。

streamsize 只是整数的某种形式。

下面程序测试了上面 3 个函数的用法：

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#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
    cout.setf(ios::showpos);
    cout.setf(ios::scientific);
    cout << 123 << " " << 123.23 << "\\n";

    cout.precision(2);    //在小数点后输出两位
    cout.width(10);        //输出宽度为10个字符
    cout << 123 << " ";
    cout.width(10);        //输出宽度为10个字符
    cout << 123.23 << endl;

    cout.fill('#');
    cout.width(10);        //在10个字符宽的输出域中使用'#'字符填充
    cout << 123 << " ";
    cout.width(10);        //输出宽度为10个字符
    cout << 123.23 << endl;

    return 0;
}

运行输出：

./width
+123 +1.232300e+02
      +123  +1.23e+02
######+123 #+1.23e+02

在某些情况下，需要在每次输出之前重新设置输出域的宽度。这就是为什么上面程序反复调用 width() 的原因。

上面的 width(), precision() 和 fill() 也有返回但不修改当前设置的重载形式：

char fill();
streamsize width();
streamsize precision();

由上可见，他们都不带有参数。

beyes

像我们在 cout 输出换行时使用的 endl 就是 I/O 操控符 --- 它们也是一种特殊的函数，使用这种函数也可以修改流中的参数格式。下表列出了标准的操控符函数：

操控符函数	用途	输入/输出
boolalpha	设置boolaphal表置位	输入/输出
dec	设置 dec 标志位	输入/输出
endl	输出换行符并刷新流的缓冲区	输出
ends	输出空字符	输出
fixed	设置 fixed 标志位	输出
flush	刷新流的缓冲区	输出
hex	设置 hex 标志位	输入/输出
internal	设置 internal 标志位	输出
left	设置 left 标志位	输出
noboolalpha	清除 boolaphal 标志位	输入/输出
noshowbase	清除 showbase 标志位	输出
noshowpoint	清除 showpoint 标志位	输出
noshowpos	清除 showpos 标志位	输出
noskipws	清除 skipws 标志位	输入
nounitbuf	清除 unitbuf 标志位	输出
nouppercase	清除 uppercase标志位	输出
oct	设置 oct 标志位	输入/输出
resetiosflags(fmtflags f)	清除由 f 指定的标志位	输入/s输出
right	设置 right 标志位	输出
scientific	设置 scientific 标志位	输出
setbase(int base)	将数值的基数设为 base	输入/输出
setfill(int ch)	将填充字符设为 ch	输出
setiosflags(fmtflags f)	设置由 f 指定的标志位	输入/输出
setprecision(int p)	将数值的精度设为 p	输出
setw(int w)	将输出域的宽度设为w	输出
showbase	设置 showbase 标志位	输出
showpos	设置 showpos 标志位	输出
skipws	设置 skipws 标志位	输入
unitbuf	设置 unitbuf 标志位	输出
uppercase	设置 uppercase 标志位	输出
ws	忽略开头的空白	输入

如果程序中使用这些带参数的操控符函数，那么就要包含头文件 <iomanip> 。

下面程序使用了操控符函数来控制输出的格式：

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

int main()
{
    cout <<setprecision(4) << 100.243 << endl;
    cout << setw(20) << "Hello world.";

    cout << endl;
    
    return 0;
}

运行输出：

./ioman
100.2
             Hello world.

注意，上面的操控符函数不带参数时，操控符后面并没有圆括号，如 endl 。

下面程序使用 setiosflags() 来设置标志位 scientific 和 showpos ：

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

int main()
{
    cout << setiosflags(ios::showpos);
    cout << setiosflags(ios::scientific);
    cout << 123 << " " << 123.23;

    return 0;
}

运行输出：

./setios
+123 +1.232300e+02

下面程序使用 ws 来忽略输入 s 中的字符串开头的空白部分:

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#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
    char s[80];

    cin >> ws >> s;
    cout << s;

    return 0;
}

运行输出：

./ws
    world
world

beyes

我们也可以创建自己的操控符函数。创建不带参数的操控符函数要比带参数的要简单。创建无参数的输出操作父函数的代码框架如下：

ostream &manip_name(ostream &stream)
{
   //自己的代码
   return stream;
}

上面，需要重点理解的是：尽管在操控符函数的定义中带有一个指针参数(指向控制符所要控制的流对象)，但是在输出表达式中使用操控符函数时不需要指定参数。

下面程序创建一个操控符函数 setup()，该函数设置了左对齐的标志位，将输出域的宽度为 10 ，并将美元符号作为填充字符：

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

ostream &setup(ostream &stream)
{
    stream.setf(ios::left);
    stream << setw(10) << setfill('$');

    return stream;
}

int main()
{
    cout << 10 << " " << setup << 10;

    return 0;
}

运行输出：

./sefman
10 10$$$$$$$$