입출력 스트림(iostream)

기본 개념

C++의 입출력 시스템은 스트림(stream) 개념을 기반으로 한다. 스트림은 데이터가 흐르는 통로를 의미하며, C++에서는 이를 객체지향적으로 구현하여 제공한다. C와 달리 C++에서는 iostream 라이브러리를 통해 표준 입출력을 처리한다.

iostream 라이브러리 구조

C++의 입출력 시스템은 다음과 같은 클래스 계층 구조를 가진다.

• ios: 모든 입출력 클래스의 기본 클래스
  • istream: 입력 스트림 클래스(cin의 기반 클래스)
  • ostream: 출력 스트림 클래스(cout, cerr, clog의 기반 클래스)
  • iostream: 입출력 모두 가능한 스트림 클래스

표준 입출력 스트림 객체

C++은 iostream 헤더에 정의된 네 가지 표준 스트림 객체를 제공한다.

cin(Console INput)

cin은 표준 입력 스트림 객체로, 키보드로부터의 입력을 처리함

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
  int number;
  string name;

  cout << "숫자를 입력하세요: ";
  cin >> number;

  cout << "이름을 입력하세요: ";
  cin >> name;

  cout << "입력된 숫자: " << number << endl;
  cout << "입력된 이름: " << name << endl;

  return 0;
}

• >> 연산자(추출 연산자)를 사용하여 데이터를 입력 받음
• 공백(스페이스, 탭, 줄바꿈)을 기준으로 데이터를 구분
• 데이터 타입을 자동으로 변환

cout(Console OUTput)

cout은 표준 출력 스트림 객체로, 콘솔 화면에 출력할 때 사용

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
  int age = 25;
  double height = 175.5;
  string name = "홍길동";

  cout << "이름: " << name << endl;
  cout << "나이: " << age << endl;
  cout << "키: " << height << "cm" << endl;

  return 0;
}

• << 연산자(삽입 연산자)를 사용하여 데이터를 출력
• 데이터 타입을 자동으로 변환하여 출력
• 기본적으로 버퍼링됨

cerr(Console ERRor)

cerr은 표준 오류 출력 스트림 객체로, 오류 메시지를 출력할 때 사용

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
  int divisor = 0;

  if (divisor == 0) {
    cerr << "오류: 0으로 나눌 수 없습니다." << endl;
  }

  return 0;
}

• 버퍼링되지 않음(출력이 즉시 화면에 표시됨)
• 오류 메시지를 출력하기 위한 목적으로 사용
• 일반적으로 cout과 같은 콘솔 화면에 출력되지만, 리다이렉션 시 cout과 다른 곳으로 출력 가능

clog(Console LOG)

clog는 로깅을 위한 버퍼링된 오류 출력 스트림 객체이다.

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
  clog << "로그 메시지: 프로그램 시작" << endl;

  // 프로그램 로직 수행

  clog << "로그 메시지: 프로그램 종료" << endl;

  return 0;
}

• 버퍼링됨(여러 로그 메시지가 모였다가 한 번에 출력될 수 있음)
• 디버깅이나 로깅목적으로 사용
• cerr과 마찬가지로 표준 오류 스트림에 연결되어 있음

입출력 조작자(manipulator)

입출력 조작자는 스트림의 형식을 제어하는 함수들로, 출력 형식을 조정하는 데 사용됨

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
  cout << "첫 번째 줄";
  cout << endl; // 개행 및 버퍼 비우기
  cout << "두 번째 줄" << endl;

  int num = 255;

  cout << "10진수: " << dec << num << endl; // 255
  cout << "16진수: " << hex << num << endl; // ff
  cout << "8진수: " << oct << num << endl; // 377

  return 0;
}

• endl: 개행 문자를 출력하고 버퍼를 비움(flush)
• dec: 정수를 10진수로 출력
• hex: 정수를 16진수로 출력
• oct: 정수를 8진수로 출력
• flush: 버퍼를 비움
• ws: 입력 스트림에서 공백 문자를 건너뜀

고급 조작자(iomamip에 정의)

더 복잡한 형식 지정이 필요한 경우 <iomanip> 헤더를 포함

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

int main() {
  double pi = 3.141592653589793;

  cout << "기본 출력: " << pi << endl;
  cout << "정밀도 설정: " << setprecision(4) << pi << endl;
  cout << "고정 소수점 표기법: " << fixed << setprecision(3) << pi << endl;

  cout << setw(10) << "이름" << setw(5) << "나이" << endl;
  cout << setfill('-') << setw(15) << endl;
  cout << setfill(' ');
  cout << setw(10) << "홍길동" << setw(5) << 20 << endl;
  cout << setw(10) << "김철수" << setw(5) << 25 << endl;

  return 0;
}

• setw(n): 출력 필드의 너비를 n으로 설정
• setprecision(n): 부동 소수점 수의 정밀도를 n으로 설정
• setfill(c): 필드를 채울 문자 c를 설정
• fixed: 부동 소수점 수를 고정 소수점 표기법으로 출력
• scientific: 부동 소수점 수를 과학적 표기법으로 출력
• left: 출력을 왼쪽으로 정렬
• right: 출력을 오른쪽으로 정렬
• setbase(n): 정수의 출력 기수를 설정(8, 10, 16만 가능)

파일 입출력 스트림(fstream)

C++은 파일 입출력을 위한 클래스를 <fstream> 헤더에 정의하고 있다.

주요 파일 스트림 클래스

• ifstream: 파일 입력 스트림 클래스(파일 읽기)
• ofstream: 파일 출력 스트림 클래스(파일 쓰기)
• fstream: 파일입출력 스트림 클래스(읽기 및 쓰기)

파일 쓰기 예제

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

int main() {
  // 파일 출력 스트림 생성
  ofstream outFile("example.txt");

  // 파일이 정상적으로 열렸는지 확인
  if (!outFile) {
    cerr << "파일을 열 수 없습니다." << endl;
    return 1;
  }

  // 파일에 데이터 쓰기
  outFile << "안녕하세요!" << endl;
  outFile << "C++ 파일 입출력 예제입니다." << endl;

  // 숫자 데이터 쓰기
  for (int i = 1; i <= 5; i++) {
    outFile << "숫자 " << i << ": " << i * i << endl;
  }

  // 파일 닫기
  outFile.close();

  cout << "파일 쓰기 완료" << endl;

  return 0;
}

파일 읽기 예제

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

int main() {
  // 파일 입력 스트림 생성
  ifstream inFile("example.txt");

  // 파일이 정상적으로 열렸는지 확인
  if (!inFile) {
    cerr << "파일을 열 수 없습니다." << endl;
    return 1;
  }

  // 한 줄씩 파일 읽기
  string line;
  while (getline(inFile, line)) {
    cout << line << endl;
  }

  // 파일 닫기
  inFile.close();

  return 0;
}

파일 모드 설정

파일을 열 때 다양한 모드를 설정할 수 있다.

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

int main() {
  // 기존 파일에 데이터 추가하기
  ofstream outFile("example.txt", ios::app);

  if (outFile) {
    outFile << "이 내용은 파일 끝에 추가됩니다." << endl;
    outFile.close();
  }

  // 이진 모드로 파일 쓰기
  ofstream binFile("data.bin", ios::binary | ios::out);

  if (binFile) {
    int numbers[] = {1, 2, 3, 4, 5};
    binFile.write(reinterpret_cast<char*>(numbers), sizeof(numbers));
    binFile.close();
  }

  return 0;
}

• ios::in: 읽기 모드
• ios::out: 쓰기 모드
• ios::app: 파일 끝에 데이터 추가
• ios::ate: 파일을 열자마자 파일 끝으로 이동
• ios::trunc: 파일이 이미 존재하면 내용을 삭제
• ios::binary: 이진 모드로 파일 입출력

파일 위치 지정자

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

int main() {
  fstream file("data.txt", ios::in | ios::out);

  if (!file) {
    cerr << "파일을 열 수 없습니다." << endl;
    return 1;
  }

  // 파일 끝으로 이동
  file.seekp(0, ios::end);

  // 현재 위치 확인
  streampos size = file.tellp();
  cout << "파일 크기: " << size << " 바이트" << endl;

  // 파일의 처음으로 이동
  file.seekg(0, ios::beg);

  // 파일의 내용 읽기
  char ch;
  while (file.get(ch)) {
    cout << ch;
  }

  file.close();

  return 0;
}

• seekg(pos), seekg(offset, direction): 입력 스트림의 위치 지정자 이동
• seekp(pos), seekp(offset, direction): 출력 스트림의 위치 지정자 이동
• tellg(): 입력 스트림의 현재 위치 반환
• tellp(): 출력 스트림의 현재 위치 반환

스트림의 상태 확인 및 오류 처리

스트림 상태 플래그

C++ 스트림은 다음과 같은 상태 플래그를 가진다.

• goodbit: 스트림이 정상 상태
• eofbit: 파일의 끝에 도달
• failbit: 입출력 작업 실패
• badbit: 심각한 오류 발생

스트림 상태 검사 메소드

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

int main() {
  ifstream file("nonexistent.txt");

  // 파일이 성공적으로 열렸는지 확인
  if (!file) {
    cerr << "파일을 열 수 없습니다." << endl;

    // 상태 플래그 확인
    if (file.fail()) {
      cerr << "failbit가 설정되었습니다." << endl;
    }

    if (file.bad()) {
      cerr << "badbit가 설정되었습니다." << endl;
    }

    return 1;
  }

  int number;
  file >> number;

  // 입력 작업이 성공했는지 확인
  if (file.good()) {
    cout << "입력 성공: " << number << endl;
  } else {
    cerr << "입력 실패" << endl;

    // 실패 원인 확인
    if (file.eof()) {
      cerr << "파일의 끝에 도달했습니다." << endl;
    }

    if (file.fail()) {
      cerr << "형식 불일치 등의 이유로 입력 실패했습니다." << endl;

      // 오류 상태 초기화
      file.clear();
    }
  }

  file.close();

  return 0;
}

• good(): 스트림이 정상 상태인지 확인
• eof(): 파일의 끝에 도달했는지 확인
• fail(): 입출력 작업이 실패했는지 확인
• bad(): 심각한 오류가 발생했는지 확인
• clear(): 스트림의 상태 플래그를 초기화

요약

C++의 입출력 스트림 시스템은 C에 비해 더 객체 지향적이고 확장성이 높은 입출력 방식을 제공한다.

C에서 C++로 전환시 printf, scanf 등의 함수 대신 iostream 라이브러리의 스트림 객체와 연산자를 사용하는 것이 좋다. 이는 코드의 가독성과 유지보수성을 향상시키고, 타입 안정성을 높이는 데 도움이 된다.