我正在学习C ++（来自Java），我正在尝试理解如何在C ++中正确使用IO流。
假设我有一个Image类，其中包含图像的像素，我重载了提取操作符以从流中读取图像：
istream& operator>>(istream& stream, Image& image)
{
// Read the image data from the stream into the image
return stream;
}
所以现在我能够读到这样的图像：
Image image;
ifstream file("somepic.img");
file >> image;
但现在我想使用相同的提取运算符从自定义流中读取图像数据。假设我有一个包含压缩形式图像的文件。因此，我可能想要实现自己的输入流，而不是使用ifstream。至少我就是这样用Java做的。在Java中，我会编写一个自定义类来扩展InputStream类并实现int read()方法。所以这很容易。用法看起来像这样：
InputStream stream = new CompressedInputStream(new FileInputStream("somepic.imgz"));
image.read(stream);
因此，我想在C ++中使用相同的模式：
Image image;
ifstream file("somepic.imgz");
compressed_stream stream(file);
stream >> image;
但也许这是错误的方式，不知道。扩展istream类看起来非常复杂，经过一些搜索，我发现了一些关于扩展streambuf的提示。但是这个example对于这么简单的任务看起来非常复杂。
那么在C ++中实现自定义输入/输出流（或streambufs？）的最佳方法是什么？
有些人建议根本不使用iostreams，而是使用迭代器，boost或自定义IO接口。这些可能是有效的替代品，但我的问题是关于iostreams。接受的答案产生了下面的示例代码。为了便于阅读，没有标题/代码分离，导入了整个std命名空间（我知道这在实际代码中是一件坏事）。
这个例子是关于读写垂直xor编码的图像。格式非常简单。每个字节代表两个像素（每像素4位）。每行与前一行xor'd。这种编码使图像准备好进行压缩（通常会导致大量的0字节更容易压缩）。
#include <cstring>
#include <fstream>
using namespace std;
/*** vxor_streambuf class ******************************************/
class vxor_streambuf: public streambuf
{
public:
vxor_streambuf(streambuf *buffer, const int width) :
buffer(buffer),
size(width / 2)
{
previous_line = new char[size];
memset(previous_line, 0, size);
current_line = new char[size];
setg(0, 0, 0);
setp(current_line, current_line + size);
}
virtual ~vxor_streambuf()
{
sync();
delete[] previous_line;
delete[] current_line;
}
virtual streambuf::int_type underflow()
{
// Read line from original buffer
streamsize read = buffer->sgetn(current_line, size);
if (!read) return traits_type::eof();
// Do vertical XOR decoding
for (int i = 0; i < size; i += 1)
{
current_line[i] ^= previous_line[i];
previous_line[i] = current_line[i];
}
setg(current_line, current_line, current_line + read);
return traits_type::to_int_type(*gptr());
}
virtual streambuf::int_type overflow(streambuf::int_type value)
{
int write = pptr() - pbase();
if (write)
{
// Do vertical XOR encoding
for (int i = 0; i < size; i += 1)
{
char tmp = current_line[i];
current_line[i] ^= previous_line[i];
previous_line[i] = tmp;
}
// Write line to original buffer
streamsize written = buffer->sputn(current_line, write);
if (written != write) return traits_type::eof();
}
setp(current_line, current_line + size);
if (!traits_type::eq_int_type(value, traits_type::eof())) sputc(value);
return traits_type::not_eof(value);
};
virtual int sync()
{
streambuf::int_type result = this->overflow(traits_type::eof());
buffer->pubsync();
return traits_type::eq_int_type(result, traits_type::eof()) ? -1 : 0;
}
private:
streambuf *buffer;
int size;
char *previous_line;
char *current_line;
};
/*** vxor_istream class ********************************************/
class vxor_istream: public istream
{
public:
vxor_istream(istream &stream, const int width) :
istream(new vxor_streambuf(stream.rdbuf(), width)) {}
virtual ~vxor_istream()
{
delete rdbuf();
}
};
/*** vxor_ostream class ********************************************/
class vxor_ostream: public ostream
{
public:
vxor_ostream(ostream &stream, const int width) :
ostream(new vxor_streambuf(stream.rdbuf(), width)) {}
virtual ~vxor_ostream()
{
delete rdbuf();
}
};
/*** Test main method **********************************************/
int main()
{
// Read data
ifstream infile("test.img");
vxor_istream in(infile, 288);
char data[144 * 128];
in.read(data, 144 * 128);
infile.close();
// Write data
ofstream outfile("test2.img");
vxor_ostream out(outfile, 288);
out.write(data, 144 * 128);
out.flush();
outfile.close();
return 0;
}
答案 0 :(得分：56)
在C ++中创建新流的正确方法是从std::streambuf派生并覆盖用于阅读的underflow()操作以及用于写入的overflow()和sync()操作。为了您的目的，您将创建一个过滤流缓冲区，它将另一个流缓冲区（以及可能使用rdbuf()从中提取流缓冲区的流）作为参数，并根据此流缓冲区实现自己的操作。
流缓冲区的基本轮廓将是这样的：
class compressbuf
: public std::streambuf {
std::streambuf* sbuf_;
char* buffer_;
// context for the compression
public:
compressbuf(std::streambuf* sbuf)
: sbuf_(sbuf), buffer_(new char[1024]) {
// initialize compression context
}
~compressbuf() { delete[] this->buffer_; }
int underflow() {
if (this->gptr() == this->egptr()) {
// decompress data into buffer_, obtaining its own input from
// this->sbuf_; if necessary resize buffer
// the next statement assumes "size" characters were produced (if
// no more characters are available, size == 0.
this->setg(this->buffer_, this->buffer_, this->buffer_ + size);
}
return this->gptr() == this->egptr()
? std::char_traits<char>::eof()
: std::char_traits<char>::to_int_type(*this->gptr());
}
};
underflow()的外观究竟取决于所使用的压缩库。我使用的大多数库都保留了一个需要填充的内部缓冲区，它保留了尚未消耗的字节。通常，将解压缩挂钩到underflow()很容易。
创建流缓冲区后，您只需使用流缓冲区初始化std::istream对象：
std::ifstream fin("some.file");
compressbuf sbuf(fin.rdbuf());
std::istream in(&sbuf);
如果要经常使用流缓冲区，可能需要将对象构造封装到类中，例如icompressstream。这样做有点棘手，因为基类std::ios是虚拟基础，并且是存储流缓冲区的实际位置。要在将指针传递给std::ios之前构造流缓冲区，因此需要跳过几个循环：它需要使用virtual基类。以下是粗略的看法：
struct compressstream_base {
compressbuf sbuf_;
compressstream_base(std::streambuf* sbuf): sbuf_(sbuf) {}
};
class icompressstream
: virtual compressstream_base
, public std::istream {
public:
icompressstream(std::streambuf* sbuf)
: compressstream_base(sbuf)
, std::ios(&this->sbuf_)
, std::istream(&this->sbuf_) {
}
};
（我只是输入了这段代码而没有一种简单的方法来测试它是否合理正确;请期待拼写错误，但整体方法应该如上所述）
答案 1 :(得分：8)
boost（如果你认真对待C ++，你应该已经拥有），有一个专门用于扩展和自定义IO流的整个库：boost.iostreams
特别是，它已经为一些流行格式（bzip2，gzlib和zlib）提供了解压缩流
正如您所看到的，扩展streambuf可能是一项涉及工作，但如果您需要，write your own filtering streambuf库可以让它变得相当容易。
答案 2 :(得分：4)
不要，除非你想死于可怕的设计。 IOstream是标准库中最糟糕的组件 - 甚至比语言环境更差。迭代器模型更有用，您可以使用istream_iterator从流转换为迭代器。
答案 3 :(得分：1)
我同意@DeadMG并且不建议使用iostream。除了糟糕的设计之外，性能通常比普通的旧式C风格I / O差。我不会坚持使用特定的I / O库，相反，我会创建一个具有所有必需操作的接口（抽象类），例如：
class Input {
public:
virtual void read(char *buffer, size_t size) = 0;
// ...
};
然后你可以为C I / O，iostreams，mmap或其他任何东西实现这个接口。
答案 4 :(得分：0)
这可能是可能的，但我觉得这不是C ++中这个功能的“正确”用法。 iostream＆gt;＆gt;和＆lt;＆lt;运算符用于相当简单的操作，例如wriitng class Person的“名称，街道，城镇，邮政编码”，而不是用于解析和加载图像。使用stream :: read（） - 使用Image(astream);可以做得更好，并且您可以实现压缩流，正如Dietmar所描述的那样。
答案 5 :(得分：0)
我认为问题中的解决方案中给出的main（）有一个小而关键的错误。 应该以二进制模式打开ifstream和ofstream：
int main()
{
// Read data
ifstream infile("test.img", ios::binary);
...
// Write data
ofstream outfile("test2.img", ios::binary);
...
}
没有这个，我发现文件的读取在Windows上提前结束
（我已经将其添加为评论，但我还没有50的声誉）