[C++高频精进] 文件IO：文件操作

核心要点速览

• 文本文件：>>/<<、getline()读写，自动转换换行符，适配人类可读数据（日志、配置）。
• 二进制文件：read()/write()操作原始字节流，适配非文本数据（图片、结构体），效率更高。
• 文件指针：seekg()/seekp()定位、tellg()/tellp()获取位置，支持随机访问。
• 面试关键：模式区分、读写混用问题、字节对齐、缓冲区刷新、跨平台兼容核心点。

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一、文本文件：读写逻辑与易错

文本文件以字符编码（ASCII/UTF-8）存储，读写时自动处理换行符转换（如 Windows 下\n→\r\n），核心关注 "读写一致性" 与 "缓冲区问题"。

1. 读写方法

（1）写入操作（ofstream）

ofstream ofs("text.txt", ios::out | ios::app); // 追加模式
if (!ofs) return -1; // 检查打开失败
ofs << "姓名：Tom" << endl; // endl=换行+刷新缓冲区
ofs.put('!'); // 写入单个字符
ofs.close(); // 显式关闭，确保数据落盘

（2）读取操作（ifstream）

ifstream ifs("text.txt");
if (!ifs) return -1;

// 方式1：getline()读整行（保留空格，丢弃换行符）
string line;
while (getline(ifs, line)) {
    cout << line << endl;
}

// 方式2：>>按空白分割读（跳过空格/换行）
string name;
int age;
ifs >> name >> age;

ifs.close();

2. 易错

（1）getline()与>>混用陷阱

>>读取后缓冲区残留换行符，导致getline()直接读空行：

int num;
string line;
ifs >> num; // 读入数字后，缓冲区剩"\n"
ifs.ignore(); // 清除残留换行符（简单场景）
// 通用解法：清除到换行符为止，避免多字符残留
ifs.ignore(numeric_limits<streamsize>::max(), '\n');
getline(ifs, line); // 正常读取下一行

（2）缓冲区未刷新导致数据丢失

// 错误：仅换行不刷新，程序异常退出时数据可能丢失
ofs << "重要数据" << '\n';
// 正确：用endl刷新或手动调用flush()
ofs << "重要数据" << endl; 
// ofs.flush(); // 不换行，仅刷新

（3）getline()与get()的换行差异

• getline()：读取时自动丢弃换行符，不残留；
• get()：读取单个字符（含换行），换行符会留在缓冲区，后续读取需注意。

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二、二进制文件：原始字节操作与跨平台

二进制文件直接存储原始字节（无编码 / 换行转换），适合结构化数据存储，但需额外处理字节对齐、字节序、数据类型长度等差异才能实现跨平台兼容。

1. 读写方法

（1）二进制写入（ios::binary必加）

// 关闭字节对齐（跨平台读取关键）
#pragma pack(1)
struct Student {
    int32_t id; // 用固定长度类型（int32_t），避免平台长度差异
    char name[20]; // 用char数组，避免string动态内存问题
};
#pragma pack()

ofstream ofs("data.bin", ios::out | ios::binary);
if (!ofs) return -1;
Student s = {1, "Tom"};
// 强转数据地址为char*，写入整个结构体
ofs.write(reinterpret_cast<const char*>(&s), sizeof(s));
ofs.close();

（2）二进制读取

ifstream ifs("data.bin", ios::in | ios::binary);
if (!ifs) return -1;
Student s;
ifs.read(reinterpret_cast<char*>(&s), sizeof(s));
// 检查读取成功
if (ifs.good()) {
    cout << "ID: " << s.id << ", Name: " << s.name << endl;
}
ifs.close();

2. 跨平台

（1）字节对齐问题

• 原因：不同编译器默认对齐规则不同（如 GCC 与 MSVC），结构体可能被填充空白字节；
• 后果：跨平台读取时字节错位（如结构体总长度不一致）；
• 解决方案：用#pragma pack(1)设置 1 字节对齐（紧凑模式），读写两端需保持一致。

（2）字节序（大小端）问题

• 原因：多字节数据（int32_t、long等）在不同平台的字节排列顺序不同：
  • 小端（x86 平台）：低位字节存低地址（如 100 存为 0x64 0x00 0x00 0x00）；
  • 大端（部分 ARM 平台、网络字节序）：高位字节存低地址（如 100 存为 0x00 0x00 0x00 0x64）；
• 后果：直接跨平台读写会导致数据解析错误（如小端写入的 100 大端读取为 1677721600）；
• 解决方案：统一转为 "网络字节序"（大端）读写，用 htons()/htonl()（主机→网络）、ntohs()/ntohl()（网络→主机）转换：

    // 写入时：主机字节序 → 网络字节序（大端）
    s.id = htonl(s.id); 
    ofs.write(reinterpret_cast<const char*>(&s), sizeof(s));
    
    // 读取时：网络字节序 → 主机字节序
    ifs.read(reinterpret_cast<char*>(&s), sizeof(s));
    s.id = ntohl(s.id);

（3）数据类型长度问题

• 原因：不同平台基础类型长度可能不同（如 32 位系统 long 是 4 字节，64 位系统是 8 字节）；
• 后果：sizeof(long) 不一致导致读写字节数不匹配，数据错位；
• 解决方案：用 C++11 固定长度类型（int32_t/uint32_t/int64_t），避免使用 int/long 等平台相关类型。

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三、文件指针：随机访问与经典场景

1. 主要函数

函数	功能	适用场景
tellg()	获取读指针当前位置（字节偏移量）	记录读取位置、计算文件大小
seekg(pos, mode)	移动读指针，mode：ios::beg（开头）/ios::cur（当前）/ios::end（结尾）	定位读取位置
tellp()	获取写指针当前位置	记录写入位置
seekp(pos, mode)	移动写指针（参数同seekg）	定位写入位置

2. 常见场景

（1）获取文件大小

ifstream ifs("file.txt", ios::binary); // 二进制模式避免换行符影响
ifs.seekg(0, ios::end); // 指针移至文件尾
int file_size = ifs.tellg(); // 尾位置 = 文件字节数
ifs.seekg(0, ios::beg); // 指针回退至开头，便于后续读取

（2）随机读取指定字节

ifs.seekg(100, ios::beg); // 从文件开头偏移100字节
char c;
ifs.get(c); // 读取第101个字节（偏移从0开始）

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四、问答

1. 文本文件和二进制文件的区别？

• 存储：文本存字符编码（人类可读），二进制存原始字节（机器可读）；
• 转换：文本模式自动转换换行符 / 编码，二进制模式无任何转换；
• 效率：二进制 > 文本；
• 场景：文本用配置 / 日志，二进制用图片 / 结构体 / 大文件。

2. 二进制读写结构体实现跨平台，需处理哪些问题？

需解决 3 个主要问题，避免数据错位：

• 字节对齐：用#pragma pack(1)统一 1 字节对齐；
• 字节序：用 htons()/htonl() 转换为网络字节序（大端）；
• 数据类型长度：用固定长度类型（int32_t），替代 int/long。

3. fstream中seekg()和seekp()需要分别调用吗？

默认情况下，fstream的读写指针是关联的（移动一个会同步影响另一个），但部分编译器实现可能分离；保险起见，若需独立控制读写位置（如边读边写不同区域），建议分别调用。

4. getline()与>>混用的问题及解决方案？

• 问题：>>读取后缓冲区残留换行符，导致getline()读空行；
• 解决方案：用ifs.ignore(numeric_limits<streamsize>::max(), '\n')清除缓冲区残留字符（直到换行符为止）。