C++复习之文件操作

在 C++ 中，文件操作主要依赖于 fstream 库，该库提供了文件输入输出的基础功能。文件操作可以分为读取文件和写入文件两部分，分别对应 ifstream（文件输入流）和 ofstream（文件输出流）。

fstream 类同时支持文件的读写操作。

接下来，我将详细介绍 C++ 中文件操作的相关知识，包括文件的打开、读取、写入、关闭等操作。

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1. 包含头文件 <fstream>

在进行文件操作前，需要包含 <fstream> 头文件，该头文件提供了文件流类的定义：

#include <fstream>
#include <iostream>

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2. 文件流类

<fstream> 头文件定义了三个主要的类：

• ifstream（输入文件流）：用于读取文件数据。
• ofstream（输出文件流）：用于向文件写入数据。
• fstream（文件流）：支持同时进行文件的读取和写入操作。

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3. 打开文件

在文件操作之前，首先需要打开文件。可以使用构造函数或 open 方法打开文件。打开文件时可以指定文件的打开模式（例如读、写、追加等）。

打开模式

模式	说明
ios::in	读模式（默认值，仅限于 ifstream）
ios::out	写模式（默认值，仅限于 ofstream）
ios::app	追加模式，数据写入到文件末尾
ios::ate	打开文件后，文件指针定位到文件末尾
ios::trunc	截断模式，如果文件存在，清空文件内容
ios::binary	二进制模式，以二进制方式读写

std::ifstream fin("file.txt", std::ios::in);  // 以只读模式打开
std::ofstream fout("file.txt", std::ios::out); // 以只写模式打开
std::fstream fio("file.txt", std::ios::in | std::ios::out); // 读写模式打开

💡 补充建议

为了更好地掌握文件的打开和模式，建议多尝试各种组合模式，比如同时使用 ios::in | ios::out | ios::app，观察文件的内容变化情况。

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4. 检查文件是否打开成功

在打开文件后，可以通过 is_open 方法检查文件是否成功打开。若文件打开失败，应输出提示信息并进行相应处理。

std::ifstream fin("file.txt");
if (!fin.is_open()) {
    std::cerr << "无法打开文件！" << std::endl;
    return 1; // 返回错误码
}

💡 错误处理建议

建议在打开文件失败时提供更详细的错误信息，例如是否文件路径正确，是否权限足够，以帮助定位问题。

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5. 写入文件

使用 ofstream 或 fstream 可以向文件中写入数据。写入文件类似于使用 cout 输出数据，只是目标从控制台变成了文件流对象。

#include <fstream>
#include <iostream>

int main() {
    std::ofstream fout("output.txt", std::ios::out);
    if (!fout) {
        std::cerr << "文件无法打开！" << std::endl;
        return 1;
    }

    fout << "Hello, World!" << std::endl;
    fout << "写入文件操作示例" << std::endl;

    fout.close(); // 关闭文件
    return 0;
}

💡 提示

可以尝试使用 ofstream 的追加模式（ios::app），观察文件内容变化，理解文件指针位置的影响。

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6. 读取文件

使用 ifstream 或 fstream 可以从文件中读取数据。读取文件类似于使用 cin 从控制台输入数据，只是源数据变成了文件。

逐行读取

使用 getline 可以逐行读取文件内容：

#include <fstream>
#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::ifstream fin("input.txt", std::ios::in);
    if (!fin) {
        std::cerr << "文件无法打开！" << std::endl;
        return 1;
    }

    std::string line;
    while (getline(fin, line)) { // 持续读取直到文件结束
        std::cout << line << std::endl; // 输出到控制台
    }

    fin.close(); // 关闭文件
    return 0;
}

💡 提示

getline() 是逐行读取的非常有用的函数，适用于读取文本文件的内容。可以尝试读取包含不同数据格式的文件，理解如何解析内容。

按单词读取

可以使用 >> 运算符按单词读取文件内容：

#include <fstream>
#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::ifstream fin("input.txt", std::ios::in);
    if (!fin) {
        std::cerr << "文件无法打开！" << std::endl;
        return 1;
    }

    std::string word;
    while (fin >> word) { // 每次读取一个单词
        std::cout << word << std::endl;
    }

    fin.close(); // 关闭文件
    return 0;
}

💡 提示

对于带有标点符号的文本，>> 运算符会将标点符号和单词分开。可以尝试使用正则表达式来更灵活地处理单词分割。

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7. 文件的随机访问

在文本或二进制文件中，可以通过 seekg 和 seekp 函数实现随机访问，分别用于输入和输出流。

• seekg：用于设置读取位置
• seekp：用于设置写入位置

位置参数：

参数	说明
ios::beg	文件开头
ios::cur	当前位置
ios::end	文件末尾

#include <fstream>
#include <iostream>

int main() {
    std::fstream file("example.txt", std::ios::in | std::ios::out | std::ios::trunc);
    file << "Hello, World!";
    file.seekp(0, std::ios::beg); // 设置写指针到文件开头
    file << "Hi"; // 覆盖开头的内容
    file.seekg(0); // 设置读指针到文件开头

    std::string content;
    file >> content; // 读取文件
    std::cout << content << std::endl;

    file.close();
    return 0;
}

💡 提示

随机访问文件在处理大型数据文件时非常有用，可以显著提高读取和写入的效率。

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8. 二进制文件读写

文本文件中数据以文本格式存储，二进制文件中数据以原始二进制形式存储，文件体积更小，适合保存结构化数据（例如图像、音频等）。

使用 ios::binary 模式打开文件，然后使用 read 和 write 进行二进制读写：

#include <fstream>
#include <iostream>

struct Data {
    int id;
    double value;
};

int main() {
    Data data = {1, 3.14};
    std::ofstream fout("data.bin", std::ios::binary);
    if (!fout) {
        std::cerr << "文件无法打开！" << std::endl;
        return 1;
    }

    fout.write(reinterpret_cast<char*>(&data), sizeof(data));
    fout.close();

    return 0;
}

#include <fstream>
#include <iostream>

struct Data {
    int id;
    double value;
};

int main() {
    Data data;
    std::ifstream fin("data.bin", std::ios::binary);
    if (!fin) {
        std::cerr << "文件无法打开！" << std::endl;
        return 1;
    }

    fin.read(reinterpret_cast<char*>(&data), sizeof(data));
    fin.close();

    std::cout << "ID: " << data.id << ", Value: " << data.value << std::endl;

    return 0;
}

💡 提示

在使用二进制模式时，确保数据结构的对齐方式一致，以避免跨平台数据读取时可能出现的问题。

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9. 关闭文件

文件操作完成后，最好使用 close 关闭文件，以释放资源。尽管文件在析构时会自动关闭，但显式关闭文件是个好习惯。

fin.close();
fout.close();

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10. 文件异常处理

可以使用 try-catch 捕获文件操作中的异常，并通过检查 fail()、eof() 和 bad() 来处理文件的状态。

std::ifstream file("test.txt");
if (!file) {
    std::cerr << "文件无法打开！" << std::endl;
    return 1;
}

if (file.fail()) {
    std::cerr << "文件操作失败！" << std::endl;
}

if (file.eof()) {
    std::cout << "已达到文件末尾" << std::endl;
}

💡 提示

bad() 和 fail() 都是检查文件状态的有用函数。bad() 检查是否发生了不可恢复的错误，而 fail() 还可以用于检测可恢复的错误。

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11. 常用文件操作函数

函数名	说明
open()	打开文件
is_open()	检查文件是否打开
close()	关闭文件
write()	写入二进制数据
read()	读取二进制数据
put()	写入单个字符
get()	读取单个字符
getline()	读取一行文本
seekg()	设置输入指针位置
seekp()	设置输出指针位置
tellg()	获取当前输入指针位置
tellp()	获取当前输出指针位置
eof()	检查是否到达文件末尾
fail()	检查文件操作是否失败
bad()	检查是否发生不可恢复的错误
good()	检查文件流是否正常
clear()	清除文件