C++ 中打开文件的多种方式及相关流类

#include <fstream>

// 方式1：构造函数直接打开
std::ofstream outFile1("output.txt"); // 默认模式：ios::out | ios::trunc

// 方式2：先创建后打开
std::ofstream outFile2;
outFile2.open("output.txt", std::ios::app); // 追加模式

// 写入数据
outFile1 << "Hello World" << std::endl;

1.2 `ifstream` - 输入文件流（读取）

#include <fstream>

// 方式1：构造函数直接打开
std::ifstream inFile1("input.txt"); // 默认模式：ios::in

// 方式2：先创建后打开
std::ifstream inFile2;
inFile2.open("input.txt");

// 读取数据
std::string line;
while (std::getline(inFile2, line)) {
    std::cout << line << std::endl;
}

1.3 `fstream` - 双向文件流（读写）

#include <fstream>

// 读写模式
std::fstream ioFile("data.txt", std::ios::in | std::ios::out);

// 读写二进制文件
std::fstream binFile("data.bin", 
                    std::ios::binary | 
                    std::ios::in | 
                    std::ios::out);

2. 使用 C 风格文件操作（<cstdio>）

#include <cstdio>

// 打开方式
FILE* file = fopen("file.txt", "r"); // 读取
FILE* file = fopen("file.txt", "w"); // 写入（清空）
FILE* file = fopen("file.txt", "a"); // 追加
FILE* file = fopen("file.bin", "rb"); // 二进制读取

if (file != nullptr) {
    // 使用文件...
    fclose(file); // 必须手动关闭
}

3. 使用文件描述符（POSIX/unistd.h）

#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>

int fd = open("file.txt", O_RDONLY); // 只读
int fd = open("file.txt", O_WRONLY | O_CREAT, 0644); // 写入+创建

if (fd != -1) {
    char buffer[1024];
    read(fd, buffer, sizeof(buffer));
    close(fd); // 必须手动关闭
}

4. 使用内存映射文件（高级方式）

#include <sys/mman.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

int fd = open("largefile.bin", O_RDONLY);
void* mapped = mmap(nullptr, file_size, PROT_READ, MAP_PRIVATE, fd, 0);

// 使用映射的内存区域...
munmap(mapped, file_size);
close(fd);

5. 文件打开模式详解

5.1 C++ 流打开模式（位掩码组合）

模式标志	描述
`std::ios::in`	读取模式
`std::ios::out`	写入模式
`std::ios::app`	追加写入
`std::ios::ate`	打开后定位到文件末尾
`std::ios::trunc`	如果文件存在则清空
`std::ios::binary`	二进制模式

5.2 C 风格打开模式

模式	描述
"r"	只读
"w"	只写（创建/清空）
"a"	追加写入
"r+"	读写
"w+"	读写（创建/清空）
"a+"	读和追加

6. 不同方式的比较

特性	C++ 流	C 文件操作	文件描述符
面向对象	✓	✗	✗
类型安全	✓	✗	✗
自动资源管理	✓	✗	✗
格式化I/O	✓	✓	✗
二进制I/O	✓	✓	✓
低级控制	✗	部分	✓
跨平台	✓	✓	基本✓
性能	中等	较高	最高

7. 最佳实践建议

常规文本文件操作：优先使用 C++ 文件流（fstream/ofstream/ifstream）
高性能需求：考虑使用 C 风格文件操作或文件描述符
二进制文件：总是使用 std::ios::binary 标志
资源管理：使用 RAII 原则，推荐 C++ 流自动管理资源

错误检查：始终检查文件是否成功打开

std::ofstream file("data.txt");
if (!file.is_open()) {
    // 错误处理
}

8. 高级用法示例

8.1 同时读写文件

std::fstream file("data.txt", 
                 std::ios::in | 
                 std::ios::out |
                 std::ios::ate); // 打开并定位到末尾

if (file) {
    // 读取当前位置
    std::streampos endPos = file.tellg();
    
    // 回到开头读取
    file.seekg(0);
    std::string content;
    std::getline(file, content);
    
    // 写入新数据
    file << "\nNew data appended";
}

8.2 二进制文件操作

struct Record {
    int id;
    char name[50];
    double value;
};

// 写入二进制
std::ofstream binOut("data.bin", std::ios::binary);
Record rec{1, "Test", 3.14};
binOut.write(reinterpret_cast<char*>(&rec), sizeof(Record));

// 读取二进制
std::ifstream binIn("data.bin", std::ios::binary);
Record inRec;
binIn.read(reinterpret_cast<char*>(&inRec), sizeof(Record));

选择哪种方式取决于具体需求，C++ 文件流提供了最安全和方便的方式，而 C 风格和文件描述符则提供了更多的控制和更高的性能。