文件操作

数据流

在cpp中，流（stream）是一个抽象概念，用于描述如何从一个位置到又一个位置传输数据。流主要用于I/O操作。

数据流包括两大类：1. 输入流(istream)：数据从某个源流入程序, 2. 输出流(ostream)：数据从程序流向某个目的地。

根据操作对象不同分为文件流、字符串流、控制台流。

控制台流

控制台流(<iostream>)主要用于标准输入输出操作的一部分。这些流提供了一个接口，用于与用于进行交互，即从键盘读取和向屏幕输出，无论程序在那种操作系统或平台上运行。

iostream：同时包括istream和osteam，是一种多继承的关系，在程序应用中可以只包含头文件<iostream>。

常见对象有：cin（标准输入），cout（标准输出），cerr（用于显示错误信息）。

<<和>>运算符，是ostream类使用友元函数的方式对各种基本数据类型重载了<<操作符，使我们能够方便地将数据输出到流中。

文件流

文件流主要包括输入文件流<ifstream>、输出文件流<ofstream>和输入输出文件流<fstream>，这些类都定义在<fstream>头文件中。

与标准输入输出流如cin和cout不同，文件流需要指定具体的文件来操作。因此，我们需要创建一个流对象并为其指定一个文件名和其他相关属性。

ofstream类的默认构造函数原形为：

ofstream::ofstream(const char *filename, int mode = ios::out, int pmode = filebuf::openprot);

其中filmname表示指定要打开的文件名。

mode是一个标志位，用于指定如何打开文件。默认值是ios::out，意味着文件以输出模式打开

pmode是一个与平台相关的权限参数，指定了文件的权限。

类型	解释
ios::app	输出追加模式。当写入文件时，数据会被追加到文件的末尾，而不是覆盖文件的内容。
ios::ate	初始位置在文件的末尾，但你可以移动到文件中的任何位置进行读写操作。
ios::binary	文件以二进制模式打开。不使用这个模式时，默认为文本模式。
ios::in	文件以输入模式打开（通常与 ifstream 一起使用）。
ios::out	文件以输出模式打开（默认值）。
ios::trunc	如果文件已存在，其内容将被截断或删除。
ios:nocreate	不建立文件，所以文件不存在时打开失败
ios:.noreplace	不覆盖文件，打开文件时如果文件存在失败

打开文件属性值

类型	解释
0	普通文件，打开访问
1	只读文件
2	隐含文件
4	系统文件

“或”或者“+”把以上属性连接起来，如3或1|2就是以只读和隐含属性打开文件。　　文件使用完后可以使用close成员函数关闭文件。

ios::app，当你用这种模式打开文件时，先检查文件的状态。例如，你可以使用 file.is_open() 来确定文件是否成功打开，以及使用 file.fail() 来检查是否有任何I/O错误。这有助于确保文件操作的安全和有效。

字符串流

字符串流定义在<sstream>头文件中，主要有以下三种类型的字符串流：

1. istringstream: 输入字符串流，允许从一个 std::string 对象中读取。
2. ostringstream: 输出字符串流，允许写入到一个 std::string 对象。
3. stringstream: 同时支持读写操作的字符串流。

文件处理

C++的文件处理也可以看作为一个对象，使用文件流的类，使用头文件<fstream>，处理的时候有文本文件和二进制文件之分，主要的区别就是存储的形式。

文件处理可以概括成如下几个过程：

1. 包含头文件
2. 创建文件流对象
3. 打开文件
4. 文件读写
5. 关闭文件

打开文件

打开文件的核心：打开文件涉及到通知操作系统你希望访问文件的特定部分（例如读、写或两者兼而有之），并且通常会得到一个文件句柄或文件描述符，该描述符后续可用于读写操作。

下面是open()函数的标准语法，open()是ifstream、ofstream和fstream类的成员函数，用于打开文件。

void open(const char *filename, ios::openmode mode = ios::in | ios::out);

open() 成员函数的第一参数指定要打开的文件的名称和位置，第二个参数定义文件被打开的模式。

以上的不同模式标志，可以组合使用为文件指定复杂的打开行为。

例如：

• 写入模式与截断模式

ofstream outf;
outf.open("file.txt", ios::out | ios::trunc);

ios::trunc：当与ios::out一起使用时，这个标志表示如果文件已经存在，则其内容应被截断或清空。如果不指定这个标志并且文件已存在，写入操作通常会覆盖文件的现有内容，从文件的开头开始。

• 读写模式

fstream file;
file.open("file.txt", ios::out | ios::in);

结合ios::in和ios::out，意味着你可以对文件进行读写操作。当使用这种模式打开文件时，现有的文件内容不会被自动截断或清空。你可以在文件中任意地移动，进行读和写操作。

文件的写入与输出

1. 写入文件

在cpp中，可以使用流插入运算符(<<)将数据写入文件，类似于将信息输出到控制台的方式。

对比控制台输出和文件输出：

std::cout << "Hello, World!";

这是cout代表标准输出的ostream类实例。

std::ofstream outFile("filename.txt");
outFile << "Hello, File!";

outFile 是 ofstream 类的实例。 ofstream 代表“输出文件流”，允许将数据写入文件。

2. 读取文件

从文件读取涉及流提取运算符 ( >> )，类似于从键盘获取输入。唯一不同的是，在这里使用的是 ifstream 或 fstream 对象，而不是 cin 对象。

3. 关闭文件

在cpp程序终止时，他会自动关闭并且刷新所有流，释放所有分配的内存，并关闭所有打开的文件，但显示关闭文件是一个好习惯。

使用完文件后关闭文件的原因如下

• To make sure that all buffered data gets written.确保所有缓冲数据都被写入。
• To release the resources associated with the file.释放与该文件关联的资源。
• To prevent any potential data corruption.防止任何潜在的数据损坏。

下面是close()函数的标准语法，close() 函数是 fstream、ifstream 和ofstream 对象的一个成员。

void close()

文件写入简单示例：

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

int main(){
    // 创建流对象
    ofstream outf;
    // 打开文件
    outf.open("file.txt", ios:: app);
    // 写入数据
    outf << "Hello World" << endl;
    // 关闭文件
    outf.close();
    return 0;
}

文件读取的简单示例：

#include<iostream>
#include<fstream> //文件流的头文件
using namespace std;
int main()
{
    char a;
    ifstream infile; //定义ifstream类(输入文件流类)对象outfile
    infile.open("file.txt");//打开文件 使文件流与c++.txt文件建立关联
    while (!infile.eof())
    {
        infile.get(a); //依次获取文件中每个字符 并输出
        cout << a;
    }
    infile.close(); //关闭文件 使文件流与c++.txt文件断开关联
}

这种方法效率低，不建议使用。

第二种方法：

char buf[1024] = {0};
while (ifs >> buf) {
    cout << buf << endl;
}

第三种：

char buf[1024] = {0};
while (ifs.getline(buf, sizeof(buf))) {
    cout << buf << endl;
}

第四种：

string buf;
while (getline(ifs, buf)) {
    cout << buf << endl;
}
ifs.close();

二进制文件读写

二进制写文件主要利用流对象调用成员函数write()，这个函数直接从内存中的某个位置（由buffer指针指定）写入指定的字节数（len）到文件中。

函数原型：ostream& write(const char*buffer,int len);

#include<iostream>
#include<fstream> //文件流的头文件
using namespace std;
class Student {
public:
    Student() {}
    Student(string name,int age) :name(name), age(age) {}
protected:
    string name;
    int age;
};
int main() {
    ofstream bof;
    Student s1("张三", 100);
    bof.open("student.txt", ios::out|ios::binary);
    bof.write((const char*) & s1, sizeof(Student));
    bof.close();
    return 0;
}

读取文件用read 函数从文件中读取指定的字节数并将其放入指定的内存位置。

ifstream bif;
    bif.open("student.txt", ios::in | ios::binary);
    if (!bif.is_open()) {
        cout << "文件打开失败" << endl;
        return 0;
    }
    Student s2;
    bif.read((char*)&s2, sizeof(Student));
    cout << s2.name << " " << s2.age << endl;
    bif.close();

fstream文件操作

打开文件和关闭文件

打开文件fstream可以在生命流对象时传入文件名打开文件，也可以使用open()函数打开文件。

文件打开后必须关闭，fstream提供了close()函数关闭文件。

打开文件

使用构造函数声明对象时打开文件：

fstream ioFile("data.txt", ios::in | ios::out);

使用open()函数打开文件：

fstream file;
file.open("example.txt", ios::in | ios::out);

如果只传文件名，系统会自动根据文件类型选择默认的打开方式。

• ios::in：读取模式
• ios::out：写入模式
• ios::app：追加模式。数据会被写入文件的末尾而不是覆盖已有内容。
• ios::trunc：如果文件存在，则先删除文件的内容，然后再打开它。
• ios::binary：以二进制模式打开文件。

模式和属性可以单独使用，也可以混合使用。在混合使用时，需要使用逻辑连接符或|链接。

ios::out会默认清空文件，即ios::out|ios::trunc打开文件的同时清空文件。如果不想清空文件，那么设置读写模式为ios::out|ios::app，以这种模式打开文件后，是以追加内容的方式写入文件。

fstream提供了多种读写操作，包括：

• << 和 >>：这些操作符用于向文件写入数据和从文件读取数据。
• read() 和 write()：这些函数用于处理二进制文件。
• put() 和 get()：这些函数分别用于写入和读取单个字符。
• getline()：这个函数用于从文件中读取一行文本。

示例：

读取文本文件：

ifstream file("example.txt");
string line;
while(getline(file, line)) {
    cout << line << endl;
}
file.close();

读取二进制文件：

ifstream file("binaryExample.bin", ios::binary);
int number;
file.read((char*)&number, sizeof(number));
file.close();

• 文本文件：这些文件主要包含文本，如.txt。你通常会使用逐行读取/写入的方式来处理它们。
• 二进制文件：这些文件包含二进制数据，如图像、音频或编译后的程序。当处理这些文件时，你会使用块读写的方式，这意味着你可能会一次读取/写入多个字节。

完整示例：

#include <iostream>
#include <fstream>  // 1. 包含头文件
#include <string>
using namespace std;

int main() {
    string str;
    fstream iofile;  // 2. 创建对象

    // 3. 打开文件并清空内容
    iofile.open("file.txt", ios::out | ios::in | ios::trunc);

    // 4. 写入数据
    iofile << "这里是写入内容测试" << endl;
    iofile << "this is test" << endl;
    iofile.close();  // 5. 关闭文件

    cout << "写入完毕" << endl;

    // 重新打开文件进行读取
    iofile.open("file.txt", ios::out | ios::in);
    while (getline(iofile, str))  // 循环读取
    {
        cout << str << endl;
    }
    iofile.close();

    cout << "读取完毕" << endl;
    return 0;
}

二进制数据读写文件：

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

int main() {
    int numbers[] = {10, 20, 30, 40, 50};
    fstream iofile;

    // 1. 打开文件以进行二进制写入
    iofile.open("binaryfile.bin", ios::out | ios::binary | ios::trunc);
    iofile.write((char*) &numbers, sizeof(numbers));
    iofile.close();

    cout << "数据已写入二进制文件" << endl;

    int readNumbers[5] = {0};

    // 2. 打开文件以进行二进制读取
    iofile.open("binaryfile.bin", ios::in | ios::binary);
    iofile.read((char*) &readNumbers, sizeof(readNumbers));
    iofile.close();

    cout << "从二进制文件读取的数据：" << endl;
    for(int i = 0; i < 5; i++) {
        cout << readNumbers[i] << " ";
    }
    cout << endl;

    return 0;
}

文件定义与大小

当你在处理文件时，经常需要控制文件的读写位置或查询其大小。C++提供了一组非常强大的工具来实现这一目的，下面将详细介绍这些功能及其用法。

文件定位：seekg() 和 seekp()

seekg() 和 seekp() 分别用于设置输入和输出流的位置。

• seekg()：设置输入流的位置（对应读操作）。
• seekp()：设置输出流的位置（对应写操作）。

这些函数需要两个参数：

• offset：这是从给定起点移动的字节量。它可以是正数（向前移动）或负数（向后移动）。
• origin：这定义了从哪里开始计算偏移。常用的起点有：
  • ios::beg：从文件开始处。
  • ios::cur：从文件的当前位置。
  • ios::end：从文件的末尾。

示例：

fstream file("example.txt", ios::in | ios::out);

// 将读指针从文件开始处向后移动2个字节
file.seekg(2, ios::beg);

// 将写指针从当前位置向后移动2个字节
file.seekp(2, ios::cur);

2. 获取文件大小：tellg() 和 tellp()

这两个函数返回当前的读或写位置，通常表示为从文件开始到当前位置的字节数。

• tellg()：获取输入流的当前位置。
• tellp()：获取输出流的当前位置。

如果你想知道整个文件的大小，一个常见的方法是将读指针移动到文件的末尾，然后使用 tellg()。

示例：

fstream file("example.txt", ios::in | ios::out);

// 将读指针移动到文件末尾
file.seekg(0, ios::end);

// 获取当前位置，即文件大小
streampos size = file.tellg();
cout << "文件大小是: " << size << " 字节" << endl;

注意：

• 在操作完成后，可能需要将文件指针重新定位到适当的位置，以便进行后续的读/写操作。
• 尝试读取超出文件大小的位置可能会导致未定义的行为，通常是读取失败。