C++ 基礎系列——文件操作

一、C++文件類及用法

C++ 標准庫提供了 3 個類用於實現文件操作，它們統稱為文件流類，這 3 個類分別為：

• ifstream：專用於從文件讀取數據
• ofstream：專用於向文件寫入數據
• fstream：可讀可寫

這三個文件流類都位於 fstream 頭文件中

• fstream 類擁有 istream、ostream 類的全部成員方法。
• fstream 頭文件中並沒有定義可直接使用的 fstream、ifstream 和 ofstream 類對象

fstream 類常用成員方法

成員方法名	適用類對象	功能
open()	fstream	打開指定文件，使其與文件流對象關聯
is_open()	ifstream	檢查指定文件是否已打開。
close()	ofstream	關閉文件，切斷和文件流對象的關聯。
swap()	ofstream	交換 2 個文件流對象。
operator>>	(i)fstream	重載 >> 運算符，用於從指定文件中讀取數據。
gcount()	(i)fstream	返回上次從文件流提取出的字符個數。該函數常和 get()、getline()、ignore()、 peek()、read()、readsome()、putback() 和 unget() 聯用。
get()	(i)fstream	從文件流中讀取一個字符，同時該字符會從輸入流中消失。
getline(str,n,ch)	(i)fstream	從文件流中接收 n-1 個字符給 str 變量，當遇到指定 ch 字符時會停止讀取，默 認情況下 ch 為 '\0'。
ignore(n,ch)	(i)fstream	從文件流中逐個提取字符，但提取出的字符被忽略，不被使用，直至提取出 n 個 字符，或者當前讀取的字符為 ch。
peek()	(i)fstream	返回文件流中的第一個字符，但並不是提取該字符。
putback(c)	(i)fstream	將字符 c 置入文件流（緩沖區）。
operator<<	(o)fstream	重載 << 運算符，用於向文件中寫入指定數據。
put()	(o)fstream	向指定文件流中寫入單個字符。
write()	(o)fstream	向指定文件中寫入字符串。
tellp()	(o)fstream	用於獲取當前文件輸出流指針的位置。
seekp()	(o)fstream	設置輸出文件輸出流指針的位置。
flush()	(o)fstream	刷新文件輸出流緩沖區。
good()	(i/o)fstream	操作成功，沒有發生任何錯誤。
eof()	(i/o)fstream	到達輸入末尾或文件尾。

const string url = "asdfasdfasasdf";

//創建一個 fstream 類對象
fstream fs;
//將 test.txt 文件和 fs 文件流關聯
fs.open("test.txt", ios::out);
//向 test.txt 文件中寫入 url 字符串
fs.write(url,30);
fs.close();

二、open開打模式

打開文件目的：

• 通過指定文件名，建立起文件和文件流對象的關聯
• 指明文件的使用方式。使用方式有只讀、只寫、既讀又寫、在文件末尾添加數據、以文本方式使用、以二進制 方式使用等多種。

打開文件可以通過兩種方式：

• 調用流對象的 open 成員函數打開文件。
• 定義文件流對象時，通過構造函數打開文件。

void open(const char* szFileName, int mode)

• 第一個參數：指向文件名的指針
• 第二個參數：打開模式

文件打開模式

模式標記	適用對象	作用
ios::in	(i)fstream	打開文件用於讀取數據。如果文件不存在，則打開出錯。
ios::out	(o)fstream	打開文件用於寫入數據。如果文件不存在，則新建該文件；如果文件原來就存 在，則打開時清除原來的內容。
ios::app	(o)fstream	打開文件，用於在其尾部添加數據。如果文件不存在，則新建該文件。
ios::ate	(i)fstream	打開一個已有的文件，並將文件讀指針指向文件末尾（讀寫指 的概念后面解 釋）。如果文件不存在，則打開出錯。
ios::trunc	(o)fstream	打開文件時會清空內部存儲的所有數據，單獨使用時與 ios::out 相同。
ios::binary	(i/o)fstream	以二進制方式打開文件。若不指定此模式，則以文本模式打開。
ios::in | ios::out	fstream	打開已存在的文件，既可讀取其內容，也可向其寫入數據。文件剛打開時，原有內容保持不變。如果文件不存在，則打開出錯。
ios::in | ios::out	ofstream	打開已存在的文件，可以向其寫入數據。文件剛打開時，原有內容保持不變。如果文件不存在，則打開出錯。
ios::in | ios::out | ios::trunc	fstream	打開文件，既可讀取其內容，也可向其寫入數據。如果文件本來就存在，則打 開時清除原來的內容；如果文件不存在，則新建該文件。

ios::binary 可以和其他模式標記組合使用，如 ios::in| ios::binary。

定義流對象時，在構造函數中給出文件名和打開模式也可以打開文件。以 ifstream 類為例，它有如下構造函數：

ifstream::ifstream (const char* szFileName, int mode = ios::in, int);

• szFileName：文件名指針
• mode：打開文件模式，默認 ios::in
• 極少使用

ifstream inFile("c:\\tmp\\test.txt", ios::in);
if (inFile) 
    inFile.close();
else 
    cout << "test.txt doesn't exist" << endl;

ofstream oFile("test1.txt", ios::out);
if (!oFile) 
    cout << "error 1"; 
else 
    oFile.close();

fstream oFile2("tmp\\test2.txt", ios::out | ios::in); 
if (!oFile2)
    cout << "error 2"; 
else
    oFile.close();

三、文本打開方式和二進制打開方式

文本文件通常用來保存肉眼可見的字符，比如 .txt 文件、.c 文件、.dat 文件等,文本文件中通常采用 ASCII、UTF-8、GBK 等字符編碼，文本編輯器可以識別出這些編碼格式，並將編碼值轉換成字符展示出來。

二進制文件通常用來保存視頻、圖片、程序等不可閱讀的內容，用文本編輯器打開這些文件，會看到一堆亂碼。

文本方式和二進制方式並沒有本質上的區別，只是對於換行符的處理不同。

• 在 UNIX/Linux 平台中，用文本方式或二進制方式打開文件沒有任何區別，因為文本文件以 \n（ASCII 碼為 0x0a）作為換行符號。
• Windows 平台上，文本文件以連在一起的 \r\n 作為換行符號。如果以文本方式打開文件，當讀取文件時， 程序會將文件中所有的 \r\n 轉換成一個字符 \n。
• 同樣當寫入文件時，程序會將 \n 轉換成 \r\n 寫入。

總的來說，Linux 平台使用哪種打開方式都行；Windows 平台上最好用 "ios::in | ios::out" 等打開文本文件， 用 "ios::binary" 打開二進制文件。但無論哪種平台，用二進制方式打開文件總是最保險的。

四、close() 文件方法

調用 close() 方法關閉已打開的文件，可以理解為是切斷文件流對象和文件之間的關聯。注意，close() 方法的功能僅是切斷文件流與文件之間的關聯，該文件流並會被銷毀，其后續還可用於關聯其它的文件。

close() 方法語法格式：

void close();

實際上，當文件流對象的生命周期結束時，會自行調用其析構函數，該函數內部在銷毀對象之前，會先調用 close() 方法切斷它與任何文件的關聯，最后才銷毀它。但是一定要手動調用 close() 方法關閉，避免出現未知錯誤，如讀寫文件失敗。

如果不想頻繁地打開/關閉文件，可以使用 flush() 方法及時刷新輸出流緩沖區，也能起到防止寫入文件失敗的作用。

C++ 中使用 open() 打開的文件，在讀寫操作執行完畢后，應及時調用 close() 方法關閉文件，或者對 文件執行寫操作后及時調用 flush() 方法刷新輸出流緩沖區。

五、文本文件讀寫操作詳解

• 文件中存儲的數據並沒有類型上的分別，統統都是字符。所謂以文本形式讀/寫文件，就是直白地 將文件中存儲的字符（或字符串）讀取出來，以及將目標字符（或字符串）存儲在文件中。
• 以二進制形式讀/寫文件，操作的對象不再是打開文件就能看到的字符，而是文件底層存儲的二進制數據。 更詳細地講，當以該形式讀取文件時，讀取的是該文件底層存儲的二進制數據；同樣，當將某數據以二進制形式寫入到文件中時，寫入的也是其對應的二進制數據。

C++ 標准庫中，提供了 2 套讀寫文件的方法組合，分別是：

1. 使用 >> 和 << 讀寫文件：適用於以文本形式讀寫文件；
2. 使用 read() 和 write() 成員方法讀寫文件：適用於以二進制形式讀寫文件。

int x,sum=0; 

ifstream srcFile("in.txt", ios::in);    //以文本模式打開 in.txt 備讀
// 假設 in.txt 中為 "10 20 30 40 50" 字符串
if(!srcFile){       // 打開失敗    
    cout << "error opening source file." << endl;
    return 0;
}

ofstream destFile("out.txt", ios::out);     //以文本模式打開 out.txt 備寫 
if (!destFile) {
    srcFile.close();    //程序結束前不能忘記關閉以前打開過的文件 
    cout << "error opening destination file." << endl; 
    return 0;
}

//可以像用 cin 那樣用 ifstream 對象 
while (srcFile >> x) {      //將"10 20 30 40 50" 字符串解析成 int 整數
    sum += x;
    //可以像 cout 那樣使用 ofstream 對象 destFile << x << " ";
    destFile << x << " ";   // destFile 最終會寫入 "10 20 30 40 50" 字符串
}

cout << "sum：" << sum << endl;     // 150
destFile.close(); 
srcFile.close(); 

六、read()和write()讀寫二進制文件

對於類對象，如果以文本形式寫入，每個對象的信息所占的字節數將不同，不利於查找指定學生信息，查找效率低下，這種情況應該以二進制形式寫入對象。

read() 方法用於以二進制形式從文件中讀取數據；write() 方法用於以二進 制形式將數據寫入文件。

write

ofstream 和 fstream 的 write() 成員方法實際上繼承自 ostream 類，其功能是將內存中 buffer 指向的 count 個字節的內容寫入文件，基本格式如下：

ostream & write(char* buffer, int count);

• buffer：指定要寫入文件的二進制數據的起始位置
• count：指定寫入字節的個數

該方法可以被 ostream 類的 cout 對象調用，常用於向屏幕上輸出字符串。同時，它還可以被 ofstream 或者 fstream 對象調用，用於將指定個數的二進制數據寫入文件。

write() 方法會從文件寫指針指向的位置將二進制數據寫入。文件剛打開時，文件寫指針指向的是文件的開頭（如果以 ios::app 方式打開，則指向文件末尾），用 write() 方法寫入 n 個字節，寫指針指向的位置就向后移動 n 個字節。

CStudent s; 
ofstream outFile("students.dat", ios::out | ios::binary); 
while (cin >> s.szName >> s.age)
    outFile.write((char*)&s, sizeof(s));
outFile.close();

read

ifstream 和 fstream 的 read() 方法實際上繼承自 istream 類，其功能正好和 write() 方法相反，即從文件中讀 取 count 個字節的數據。該方法的語法格式如下：

istream & read(char* buffer, int count);

• buffer：指定讀取字節的起始位置
• count：指定讀取字節的個數

read() 方法從文件讀指針指向的位置開始讀取若干字節。

CStudent s;
ifstream inFile("students.dat",ios::in|ios::binary); //二進制讀方式打開 if(!inFile) {
    cout << "error" <<endl;
    return 0;
}
while(inFile.read((char *)&s, sizeof(s))) { //一直讀到文件結束 
    cout << s.szName << " " << s.age << endl;
}
inFile.close();

七、get()和 put() 逐個讀寫

逐個讀取文件中存儲的字符，或者逐個將字符存儲到文件中的情形，可以使用 get() 和 put() 成員方法實現。

當 fstream 和 ofstream 文件流對象調用 put() 方法時，該方法的功能就變成了向指定文件中寫入單個字符。 put() 方法的語法格式如下：

ostream& put (char c);

• c：指定要寫入文件的字符

char c;
// 以二進制形式打開文件
ofstream outFile("out.txt", ios::out | ios::binary);
if (!outFile) { 
    cout << "error" << endl;
    return 0;
}

while (cin >> c) { 
    //將字符 c 寫入 out.txt 文件
    outFile.put(c);
}

outFile.close();

注意，由於文件存放在硬盤中，硬盤的訪問速度遠遠低於內存。如果每次寫一個字節都要訪問硬盤，那么文件 的讀寫速度就會慢得不可忍受。因此，操作系統在接收到 put() 方法寫文件的請求時，會先將指定字符存儲在 一塊指定的內存空間中（稱為文件流輸出緩沖區），等刷新該緩沖區（緩沖區滿、關閉文件、手動調用 flush()方法等，都會導致緩沖區刷新）時，才會將緩沖區中存儲的所有字符“一股腦兒”全寫入文件。

get()方法的語法格式有很多，這里僅介紹常見的2中：

int get(); // 返回讀取到的字符的 ASCII碼，末尾返回EOF
istream& get (char& c); // 將讀到字符賦值給 c

八、getline() 讀取一行字符串

getline() 方法定義在 istream 類中，而 fstream 和 ifstream 類繼承自 istream 類，因此 fstream 和 ifstream 的類對象可以調用 getline() 成員方法。

當文件流對象調用 getline() 方法時，該方法的功能就變成了從指定文件中讀取一行字符串。該方法有以下 2 種 語法格式：

istream & getline(char* buf, int bufSize); // 從文件輸入流緩沖區中讀取 bufSize-1 個字符到 buf，或遇到 \n 為止
istream & getline(char* buf, int bufSize, char delim); // 從文件輸入流緩沖區中讀取 bufSize-1 個字符到 buf，或讀到 delim 字符為止

如果文件輸入流中 \n 或 delim 之前的字符個數達到或超過 bufSize，就會導致讀取失敗。

char c[40]; 
//以二進制模式打開 in.txt 文件
ifstream inFile("in.txt", ios::in | ios::binary); 
//判斷文件是否正常打開 
if (!inFile) {
    cout << "error" << endl;
    return 0;
}

//從 in.txt 文件中讀取一行字符串，最多不超過 39 個 
inFile.getline(c, 40); 
cout << c ;
inFile.close();

九、移動和獲取文件讀寫指針（seekp、seekg、tellg、tellp）

• ifstream 類和 fstream 類有 seekg 成員函數，可以設置文件讀指針的位置；
• ofstream 類和 fstream 類有 seekp 成員函數，可以設置文件寫指針的位置。

位置指距離文件開頭多少個字節。

這兩個函數的原型如下：

ostream & seekp (int offset, int mode);
istream & seekg (int offset, int mode);

mode 代表文件讀寫指針的設置模式，有以下三種選項：

• ios::beg：讓文件讀指針（或寫指針）指向從文件開始向后的 offset 字節處。offset 等於 0 即代表文件開頭。 在此情況下，offset 只能是非負數。
• ios::cur：在此情況下，offset 為負數則表示將讀指針（或寫指針）從當前位置朝文件開頭方向移動 offset 字節， 為正數則表示將讀指針（或寫指針）從當前位置朝文件尾部移動 offset 字節，為 0 則不移動。
• ios::end：讓文件讀指針（或寫指針）指向從文件結尾往前的 |offset|（offset 的絕對值）字節處。在此情況下，offset 只能是 0 或者負數。

• ifstream 類和 fstream 類還有 tellg 成員函數，能夠返回文件讀指針的位置；
• ofstream 類和 fstream 類還有 tellp 成員函數，能夠返回文件寫指針的位置。

這兩個成員函數的原型如下：

int tellg(); // 返回文件讀指針的位置
int tellp(); // 返回文件寫指針的位置

class CStudent{
public:
    char szName[20];
    int age;
};

int main(){
    CStudent s; 
    fstream ioFile("students.dat", ios::in|ios::out);   //用既讀又寫的方式打開 
    if(!ioFile) {
        cout << "error" ;
        return 0;   
    }

    ioFile.seekg(0,ios::end); //定位讀指針到文件尾部，以便用以后 tellg 獲取文件長度
    int L = 0,R;    // L 是折半查找范圍內第一個記錄的序號，R 是折半查找范圍內最后一個記錄的序號
    R = ioFile.tellg() / sizeof(CStudent) - 1;
    
    //首次查找范圍的最后一個記錄的序號就是: 記錄總數- 1 
    do {
        int mid = (L + R)/2; //要用查找范圍正中的記錄和待查找的名字比對
        ioFile.seekg(mid *sizeof(CStudent),ios::beg);  //定位到正中的記錄 
        ioFile.read((char *)&s, sizeof(s));
        int tmp = strcmp( s.szName,"Jack"); 
        if( tmp == 0 ) { //找到了 
            s.age = 20;
            ioFile.seekp(mid*sizeof(CStudent),ios::beg); 
            ioFile.write((char*)&s, sizeof(s));
            break;
        }
        else if (tmp > 0) //繼續到前一半查找 
            R = mid - 1 ;
        else //繼續到后一半查找 } 
            L = mid + 1; 
    }while(L <= R); 
    ioFile.close();
    return 0;
}