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C++ cout格式化输出(超级详细)

在某些实际场景中,我们经常需要按照一定的格式输出数据,比如输出浮点数时保留 2 位小数,再比如以十六进制的形式输出整数,等等。

对于学过 C 语言的读者应该知道,当使用 printf() 函数输出数据时,可以通过设定一些合理的格式控制符,来达到以指定格式输出数据的目的。例如 %.2f 表示输出浮点数时保留 2 位小数,%#X 表示以十六进制、带 0X 前缀的方式输出整数。

关于 printf() 函数支持的格式控制符,更详细的讲解,可阅读《C语言数据输出大汇总》一节,这里不做详细赘述。

C++ 通常使用 cout 输出数据,和 printf() 函数相比,cout 实现格式化输出数据的方式更加多样化。一方面,cout 作为 ostream 类的对象,该类中提供有一些成员方法,可实现对输出数据的格式化;另一方面,为了方面用户格式化输出数据,C++ 标准库专门提供了一个 <iomanip> 头文件,该头文件中包含有大量的格式控制符(严格意义上称为“流操纵算子”),使用更加方便。

C++ cout成员方法格式化输出

C++输入流和输出流》一节中,已经针对 cout 讲解了一些常用成员方法的用法。除此之外,ostream 类中还包含一些可实现格式化输出的成员方法,这些成员方法都是从 ios 基类(以及 ios_base  类)中继承来的,cout(以及 cerr、clog)也能调用。

表 1 罗列了 ostream 类中可实现格式化输出的常用成员方法,以及它们各自的用法。

表 1 ostream 类的成员方法
成员函数 说明
flags(fmtfl) 当前格式状态全部替换为 fmtfl。注意,fmtfl 可以表示一种格式,也可以表示多种格式。
precision(n) 设置输出浮点数的精度为 n。
width(w) 指定输出宽度为 w 个字符。
fill(c) 在指定输出宽度的情况下,输出的宽度不足时用字符 c 填充(默认情况是用空格填充)。
setf(fmtfl, mask) 在当前格式的基础上,追加 fmtfl 格式,并删除 mask 格式。其中,mask 参数可以省略。
unsetf(mask) 在当前格式的基础上,删除 mask 格式。

其中,对于表 1 中 flags() 函数的 fmtfl 参数、setf() 函数中的 fmtfl 参数和 mask 参数以及 unsetf() 函数 mask 参数,可以选择表 2 中列出的这些值。

表 2 fmtfl 和 mask 参数可选值
标 志 作 用
ios::boolapha 把 true 和 false 输出为字符串
ios::left 输出数据在本域宽范围内向左对齐
ios::right 输出数据在本域宽范围内向右对齐
ios::internal 数值的符号位在域宽内左对齐,数值右对齐,中间由填充字符填充
ios::dec 设置整数的基数为 10
ios::oct 设置整数的基数为 8
ios::hex 设置整数的基数为 16
ios::showbase 强制输出整数的基数(八进制数以 0 开头,十六进制数以 0x 打头)
ios::showpoint 强制输出浮点数的小点和尾数 0
ios::uppercase 在以科学记数法格式 E 和以十六进制输出字母时以大写表示
ios::showpos 对正数显示“+”号
ios::scientific 浮点数以科学记数法格式输出
ios::fixed 浮点数以定点格式(小数形式)输出
ios::unitbuf 每次输出之后刷新所有的流

举个例子:
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
    double a = 1.23;
    //设定后续输出的浮点数的精度为 4
    cout.precision(4);
    cout <<"precision: "<< a << endl;
    //设定后续以科学计数法的方式输出浮点数
    cout.setf(ios::scientific);
    cout <<"scientific:"<< a << endl;
    return 0;
}
程序执行结果为:

precision: 1.23
scientific:1.2300e+00

注意,当 cout 采用此方式进行格式化输出时,其后不能立即输出数据,而只能像示例程序中那样,再用一个 cout 输出数据。

值得一提的是,当调用 unsetf() 或者 2 个参数的 setf() 函数时,为了提高编写代码的效率,可以给 mask 参数传递如下 3 个组合格式:
  • ios::adjustfield:等价于 ios::left | ios::right | ios::internal;
  • ios::basefield:等价于 ios::dec | ios::oct | ios::hex;
  • ios::floatfield:等价于 ios::scientific | ios::fixed。

举个例子:
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
    double f = 123;
    //设定后续以科学计数法表示浮点数
    cout.setf(ios::scientific);
    cout << f << '\n';
    //删除之前有关浮点表示的设定
    cout.unsetf(ios::floatfield);
    cout << f;
    return 0;
}
程序执行结果为:

1.230000e+02
123

使用流操纵算子格式化输出

表 3 罗列了 <iomanip> 头文件中定义的一些常用的格式控制符,它们都可用于格式化输出。

表 3 C++ 流操纵算子
流操纵算子 作  用
*dec 以十进制形式输出整数 常用
hex 以十六进制形式输出整数
oct 以八进制形式输出整数
fixed 以普通小数形式输出浮点数
scientific 以科学计数法形式输出浮点数
left 左对齐,即在宽度不足时将填充字符添加到右边
*right 右对齐,即在宽度不足时将填充字符添加到左边
setbase(b) 设置输出整数时的进制,b=8、10 或 16
setw(w) 指定输出宽度为 w 个字符,或输入字符串时读入 w 个字符。注意,该函数所起的作用是一次性的,即只影响下一次 cout 输出。
setfill(c) 在指定输出宽度的情况下,输出的宽度不足时用字符 c 填充(默认情况是用空格填充)
setprecision(n) 设置输出浮点数的精度为 n。

在使用非 fixed 且非 scientific 方式输出的情况下,n 即为有效数字最多的位数,如果有效数字位数超过 n,则小数部分四舍五人,或自动变为科学计 数法输出并保留一共 n 位有效数字。

在使用 fixed 方式和 scientific 方式输出的情况下,n 是小数点后面应保留的位数。
setiosflags(mask) 在当前格式状态下,追加 mask 格式,mask 参数可选择表 2 中的所有值。
resetiosflags(mask) 在当前格式状态下,删除 mask 格式,mask 参数可选择表 2 中的所有值。
boolapha 把 true 和 false 输出为字符串 不常用
*noboolalpha 把 true 和 false 输出为 0、1
showbase 输出表示数值的进制的前缀
*noshowbase 不输出表示数值的进制.的前缀
showpoint 总是输出小数点
*noshowpoint 只有当小数部分存在时才显示小数点
showpos 在非负数值中显示 +
*noshowpos 在非负数值中不显示 +
uppercase 十六进制数中使用 A~E。若输出前缀,则前缀输出 0X,科学计数法中输出 E
*nouppercase 十六进制数中使用 a~e。若输出前缀,则前缀输出 0x,科学计数法中输出 e。
internal 数值的符号(正负号)在指定宽度内左对齐,数值右对 齐,中间由填充字符填充。

注意:“流操纵算子”一栏带有星号 * 的格式控制符,默认情况下就会使用。例如在默认情况下,整数是用十进制形式输出的,等效于使用了 dec 格式控制符。

和 cout 成员方法的用法不同,下面程序演示了表 3 中这些格式控制符的用法:
#include <iostream>
#include <iomanip>
using namespace std;
int main()
{
    //以十六进制输出整数
    cout << hex << 16 << endl;
    //删除之前设定的进制格式,以默认的 10 进制输出整数
    cout << resetiosflags(ios::basefield)<< 16 << endl;

    double a = 123;
    //以科学计数法的方式输出浮点数
    cout << scientific << a << endl;
    //删除之前设定的科学计数法的方法
    cout << resetiosflags(ios::scientific) << a << endl;
    return 0;
}
程序执行结果为:

10
16
1.230000e+02
123

注意,如果两个相互矛盾的标志同时被设置,如先设置 setiosflags(ios::fixed),然后又设置 setiosflags(ios::scientific),那么结果可能就是两个标志都不起作用。因此,在设置了某标志,又要设置其他与之矛盾的标志时,就应该用 resetiosflags 清除原先的标志。

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