C++ 基础系列——文件操作

一、C++文件类及用法

C++ 标准库提供了 3 个类用于实现文件操作，它们统称为文件流类，这 3 个类分别为：

• ifstream：专用于从文件读取数据
• ofstream：专用于向文件写入数据
• fstream：可读可写

这三个文件流类都位于 fstream 头文件中

• fstream 类拥有 istream、ostream 类的全部成员方法。
• fstream 头文件中并没有定义可直接使用的 fstream、ifstream 和 ofstream 类对象

fstream 类常用成员方法

成员方法名	适用类对象	功能
open()	fstream	打开指定文件，使其与文件流对象关联
is_open()	ifstream	检查指定文件是否已打开。
close()	ofstream	关闭文件，切断和文件流对象的关联。
swap()	ofstream	交换 2 个文件流对象。
operator>>	(i)fstream	重载 >> 运算符，用于从指定文件中读取数据。
gcount()	(i)fstream	返回上次从文件流提取出的字符个数。该函数常和 get()、getline()、ignore()、 peek()、read()、readsome()、putback() 和 unget() 联用。
get()	(i)fstream	从文件流中读取一个字符，同时该字符会从输入流中消失。
getline(str,n,ch)	(i)fstream	从文件流中接收 n-1 个字符给 str 变量，当遇到指定 ch 字符时会停止读取，默 认情况下 ch 为 '\0'。
ignore(n,ch)	(i)fstream	从文件流中逐个提取字符，但提取出的字符被忽略，不被使用，直至提取出 n 个 字符，或者当前读取的字符为 ch。
peek()	(i)fstream	返回文件流中的第一个字符，但并不是提取该字符。
putback(c)	(i)fstream	将字符 c 置入文件流（缓冲区）。
operator<<	(o)fstream	重载 << 运算符，用于向文件中写入指定数据。
put()	(o)fstream	向指定文件流中写入单个字符。
write()	(o)fstream	向指定文件中写入字符串。
tellp()	(o)fstream	用于获取当前文件输出流指针的位置。
seekp()	(o)fstream	设置输出文件输出流指针的位置。
flush()	(o)fstream	刷新文件输出流缓冲区。
good()	(i/o)fstream	操作成功，没有发生任何错误。
eof()	(i/o)fstream	到达输入末尾或文件尾。

const string url = "asdfasdfasasdf";

//创建一个 fstream 类对象
fstream fs;
//将 test.txt 文件和 fs 文件流关联
fs.open("test.txt", ios::out);
//向 test.txt 文件中写入 url 字符串
fs.write(url,30);
fs.close();

二、open开打模式

打开文件目的：

• 通过指定文件名，建立起文件和文件流对象的关联
• 指明文件的使用方式。使用方式有只读、只写、既读又写、在文件末尾添加数据、以文本方式使用、以二进制 方式使用等多种。

打开文件可以通过两种方式：

• 调用流对象的 open 成员函数打开文件。
• 定义文件流对象时，通过构造函数打开文件。

void open(const char* szFileName, int mode)

• 第一个参数：指向文件名的指针
• 第二个参数：打开模式

文件打开模式

模式标记	适用对象	作用
ios::in	(i)fstream	打开文件用于读取数据。如果文件不存在，则打开出错。
ios::out	(o)fstream	打开文件用于写入数据。如果文件不存在，则新建该文件；如果文件原来就存 在，则打开时清除原来的内容。
ios::app	(o)fstream	打开文件，用于在其尾部添加数据。如果文件不存在，则新建该文件。
ios::ate	(i)fstream	打开一个已有的文件，并将文件读指针指向文件末尾（读写指 的概念后面解 释）。如果文件不存在，则打开出错。
ios::trunc	(o)fstream	打开文件时会清空内部存储的所有数据，单独使用时与 ios::out 相同。
ios::binary	(i/o)fstream	以二进制方式打开文件。若不指定此模式，则以文本模式打开。
ios::in | ios::out	fstream	打开已存在的文件，既可读取其内容，也可向其写入数据。文件刚打开时，原有内容保持不变。如果文件不存在，则打开出错。
ios::in | ios::out	ofstream	打开已存在的文件，可以向其写入数据。文件刚打开时，原有内容保持不变。如果文件不存在，则打开出错。
ios::in | ios::out | ios::trunc	fstream	打开文件，既可读取其内容，也可向其写入数据。如果文件本来就存在，则打 开时清除原来的内容；如果文件不存在，则新建该文件。

ios::binary 可以和其他模式标记组合使用，如 ios::in| ios::binary。

定义流对象时，在构造函数中给出文件名和打开模式也可以打开文件。以 ifstream 类为例，它有如下构造函数：

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

• szFileName：文件名指针
• mode：打开文件模式，默认 ios::in
• 极少使用

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、文本打开方式和二进制打开方式

文本文件通常用来保存肉眼可见的字符，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 等字符编码，文本编辑器可以识别出这些编码格式，并将编码值转换成字符展示出来。

二进制文件通常用来保存视频、图片、程序等不可阅读的内容，用文本编辑器打开这些文件，会看到一堆乱码。

文本方式和二进制方式并没有本质上的区别，只是对于换行符的处理不同。

• 在 UNIX/Linux 平台中，用文本方式或二进制方式打开文件没有任何区别，因为文本文件以 \n（ASCII 码为 0x0a）作为换行符号。
• Windows 平台上，文本文件以连在一起的 \r\n 作为换行符号。如果以文本方式打开文件，当读取文件时， 程序会将文件中所有的 \r\n 转换成一个字符 \n。
• 同样当写入文件时，程序会将 \n 转换成 \r\n 写入。

总的来说，Linux 平台使用哪种打开方式都行；Windows 平台上最好用 "ios::in | ios::out" 等打开文本文件， 用 "ios::binary" 打开二进制文件。但无论哪种平台，用二进制方式打开文件总是最保险的。

四、close() 文件方法

调用 close() 方法关闭已打开的文件，可以理解为是切断文件流对象和文件之间的关联。注意，close() 方法的功能仅是切断文件流与文件之间的关联，该文件流并会被销毁，其后续还可用于关联其它的文件。

close() 方法语法格式：

void close();

实际上，当文件流对象的生命周期结束时，会自行调用其析构函数，该函数内部在销毁对象之前，会先调用 close() 方法切断它与任何文件的关联，最后才销毁它。但是一定要手动调用 close() 方法关闭，避免出现未知错误，如读写文件失败。

如果不想频繁地打开/关闭文件，可以使用 flush() 方法及时刷新输出流缓冲区，也能起到防止写入文件失败的作用。

C++ 中使用 open() 打开的文件，在读写操作执行完毕后，应及时调用 close() 方法关闭文件，或者对 文件执行写操作后及时调用 flush() 方法刷新输出流缓冲区。

五、文本文件读写操作详解

• 文件中存储的数据并没有类型上的分别，统统都是字符。所谓以文本形式读/写文件，就是直白地 将文件中存储的字符（或字符串）读取出来，以及将目标字符（或字符串）存储在文件中。
• 以二进制形式读/写文件，操作的对象不再是打开文件就能看到的字符，而是文件底层存储的二进制数据。 更详细地讲，当以该形式读取文件时，读取的是该文件底层存储的二进制数据；同样，当将某数据以二进制形式写入到文件中时，写入的也是其对应的二进制数据。

C++ 标准库中，提供了 2 套读写文件的方法组合，分别是：

1. 使用 >> 和 << 读写文件：适用于以文本形式读写文件；
2. 使用 read() 和 write() 成员方法读写文件：适用于以二进制形式读写文件。

int x,sum=0; 

ifstream srcFile("in.txt", ios::in);    //以文本模式打开 in.txt 备读
// 假设 in.txt 中为 "10 20 30 40 50" 字符串
if(!srcFile){       // 打开失败    
    cout << "error opening source file." << endl;
    return 0;
}

ofstream destFile("out.txt", ios::out);     //以文本模式打开 out.txt 备写 
if (!destFile) {
    srcFile.close();    //程序结束前不能忘记关闭以前打开过的文件 
    cout << "error opening destination file." << endl; 
    return 0;
}

//可以像用 cin 那样用 ifstream 对象 
while (srcFile >> x) {      //将"10 20 30 40 50" 字符串解析成 int 整数
    sum += x;
    //可以像 cout 那样使用 ofstream 对象 destFile << x << " ";
    destFile << x << " ";   // destFile 最终会写入 "10 20 30 40 50" 字符串
}

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

六、read()和write()读写二进制文件

对于类对象，如果以文本形式写入，每个对象的信息所占的字节数将不同，不利于查找指定学生信息，查找效率低下，这种情况应该以二进制形式写入对象。

read() 方法用于以二进制形式从文件中读取数据；write() 方法用于以二进 制形式将数据写入文件。

write

ofstream 和 fstream 的 write() 成员方法实际上继承自 ostream 类，其功能是将内存中 buffer 指向的 count 个字节的内容写入文件，基本格式如下：

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

• buffer：指定要写入文件的二进制数据的起始位置
• count：指定写入字节的个数

该方法可以被 ostream 类的 cout 对象调用，常用于向屏幕上输出字符串。同时，它还可以被 ofstream 或者 fstream 对象调用，用于将指定个数的二进制数据写入文件。

write() 方法会从文件写指针指向的位置将二进制数据写入。文件刚打开时，文件写指针指向的是文件的开头（如果以 ios::app 方式打开，则指向文件末尾），用 write() 方法写入 n 个字节，写指针指向的位置就向后移动 n 个字节。

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() 方法实际上继承自 istream 类，其功能正好和 write() 方法相反，即从文件中读 取 count 个字节的数据。该方法的语法格式如下：

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

• buffer：指定读取字节的起始位置
• count：指定读取字节的个数

read() 方法从文件读指针指向的位置开始读取若干字节。

CStudent s;
ifstream inFile("students.dat",ios::in|ios::binary); //二进制读方式打开 if(!inFile) {
    cout << "error" <<endl;
    return 0;
}
while(inFile.read((char *)&s, sizeof(s))) { //一直读到文件结束 
    cout << s.szName << " " << s.age << endl;
}
inFile.close();

七、get()和 put() 逐个读写

逐个读取文件中存储的字符，或者逐个将字符存储到文件中的情形，可以使用 get() 和 put() 成员方法实现。

当 fstream 和 ofstream 文件流对象调用 put() 方法时，该方法的功能就变成了向指定文件中写入单个字符。 put() 方法的语法格式如下：

ostream& put (char c);

• c：指定要写入文件的字符

char c;
// 以二进制形式打开文件
ofstream outFile("out.txt", ios::out | ios::binary);
if (!outFile) { 
    cout << "error" << endl;
    return 0;
}

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

outFile.close();

注意，由于文件存放在硬盘中，硬盘的访问速度远远低于内存。如果每次写一个字节都要访问硬盘，那么文件 的读写速度就会慢得不可忍受。因此，操作系统在接收到 put() 方法写文件的请求时，会先将指定字符存储在 一块指定的内存空间中（称为文件流输出缓冲区），等刷新该缓冲区（缓冲区满、关闭文件、手动调用 flush()方法等，都会导致缓冲区刷新）时，才会将缓冲区中存储的所有字符“一股脑儿”全写入文件。

get()方法的语法格式有很多，这里仅介绍常见的2中：

int get(); // 返回读取到的字符的 ASCII码，末尾返回EOF
istream& get (char& c); // 将读到字符赋值给 c

八、getline() 读取一行字符串

getline() 方法定义在 istream 类中，而 fstream 和 ifstream 类继承自 istream 类，因此 fstream 和 ifstream 的类对象可以调用 getline() 成员方法。

当文件流对象调用 getline() 方法时，该方法的功能就变成了从指定文件中读取一行字符串。该方法有以下 2 种 语法格式：

istream & getline(char* buf, int bufSize); // 从文件输入流缓冲区中读取 bufSize-1 个字符到 buf，或遇到 \n 为止
istream & getline(char* buf, int bufSize, char delim); // 从文件输入流缓冲区中读取 bufSize-1 个字符到 buf，或读到 delim 字符为止

如果文件输入流中 \n 或 delim 之前的字符个数达到或超过 bufSize，就会导致读取失败。

char c[40]; 
//以二进制模式打开 in.txt 文件
ifstream inFile("in.txt", ios::in | ios::binary); 
//判断文件是否正常打开 
if (!inFile) {
    cout << "error" << endl;
    return 0;
}

//从 in.txt 文件中读取一行字符串，最多不超过 39 个 
inFile.getline(c, 40); 
cout << c ;
inFile.close();

九、移动和获取文件读写指针（seekp、seekg、tellg、tellp）

• ifstream 类和 fstream 类有 seekg 成员函数，可以设置文件读指针的位置；
• ofstream 类和 fstream 类有 seekp 成员函数，可以设置文件写指针的位置。

位置指距离文件开头多少个字节。

这两个函数的原型如下：

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

mode 代表文件读写指针的设置模式，有以下三种选项：

• ios::beg：让文件读指针（或写指针）指向从文件开始向后的 offset 字节处。offset 等于 0 即代表文件开头。 在此情况下，offset 只能是非负数。
• ios::cur：在此情况下，offset 为负数则表示将读指针（或写指针）从当前位置朝文件开头方向移动 offset 字节， 为正数则表示将读指针（或写指针）从当前位置朝文件尾部移动 offset 字节，为 0 则不移动。
• ios::end：让文件读指针（或写指针）指向从文件结尾往前的 |offset|（offset 的绝对值）字节处。在此情况下，offset 只能是 0 或者负数。

• ifstream 类和 fstream 类还有 tellg 成员函数，能够返回文件读指针的位置；
• ofstream 类和 fstream 类还有 tellp 成员函数，能够返回文件写指针的位置。

这两个成员函数的原型如下：

int tellg(); // 返回文件读指针的位置
int tellp(); // 返回文件写指针的位置

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

int main(){
    CStudent s; 
    fstream ioFile("students.dat", ios::in|ios::out);   //用既读又写的方式打开 
    if(!ioFile) {
        cout << "error" ;
        return 0;   
    }

    ioFile.seekg(0,ios::end); //定位读指针到文件尾部，以便用以后 tellg 获取文件长度
    int L = 0,R;    // L 是折半查找范围内第一个记录的序号，R 是折半查找范围内最后一个记录的序号
    R = ioFile.tellg() / sizeof(CStudent) - 1;
    
    //首次查找范围的最后一个记录的序号就是: 记录总数- 1 
    do {
        int mid = (L + R)/2; //要用查找范围正中的记录和待查找的名字比对
        ioFile.seekg(mid *sizeof(CStudent),ios::beg);  //定位到正中的记录 
        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) //继续到前一半查找 
            R = mid - 1 ;
        else //继续到后一半查找 } 
            L = mid + 1; 
    }while(L <= R); 
    ioFile.close();
    return 0;
}