学而时习之：C++中的文件处理2

C++ 中的 I/O 重定向

在 C++ 中，输入和输出通过"流"（stream）完成。流就是字节序列。常见的流对象有：

• cin：从键盘读取输入
• cout：把输出显示到屏幕

每个流都带有一个"缓冲区"（buffer），用来临时存放数据，让输入输出更快。
"I/O 重定向" 就是改变程序"从哪儿读"或"写到哪儿"。例如，把本来输出到屏幕的内容写进文件。

使用 ios::rdbuf() 进行重定向

函数 ios::rdbuf() 可以把流重定向到别的源头或目的地，让程序读写文件，而不是默认的键盘和屏幕。

示例代码：

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;

int main()
{
    
    ofstream file;      // 1. 创建一个输出文件流
    file.open("writeFile.txt");

    streambuf *cout_buf = cout.rdbuf();    // 2. 保存 cout 原来的缓冲区指针，以便后续恢复

    streambuf *file_buf = file.rdbuf();    // 3. 拿到文件流对应的缓冲区指针

    cout.rdbuf(file_buf); // 4. 把 cout 的缓冲区换成文件的缓冲区，实现重定向

    // 5. 此时用 cout 输出的内容会写进文件 writeFile.txt
    cout << "This line will be written to "  << "'writeFile.txt'";

    // 6. 手动刷新，确保数据真正写进文件
    cout.flush();

    // 7. 把 cout 的缓冲区恢复成默认（屏幕）
    cout.rdbuf(cout_buf);

    // 8. 这条信息会正常显示在控制台
    cout << "This line will be writtein to console";

    // 9. 关闭文件流
    file.close();

    return 0;
}

程序运行后屏幕实际只会看到：

This line will be writtein to console

而文件 writeFile.txt 里会多出：

This line will be written to 'writeFile.txt'

使用 freopen() 进行重定向

这是 C++ 里另一种实现 I/O 重定向的办法，但它其实是从 C 语言继承过来的。

语法：

freopen(fileName, mode, stream);

参数说明：

• fileName：要重定向到的文件路径。
• mode：文件打开模式，例如只读 "r"、写入 "w" 等。
• stream：要被重定向的标准流指针，如 stdout、stdin、stderr。

返回值：

成功时返回指向新文件流的指针；失败返回 NULL。

示例代码：

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;

int main()
{
    // 1. 把标准输出（stdout）重定向到文件 "output_freopen.txt"，模式为写入（"w"）
    if (freopen("output_freopen.txt", "w", stdout) == NULL)
    {
        cerr << "重定向 stdout 失败！" << endl;
    }

    // 2. 此时用 cout 输出的内容都会写进文件，而不会出现在控制台
    cout << "This output will be written to 'output_freopen.txt'" << endl;
    cout << "Another line to the file.";

    return 0;
}

程序运行后屏幕不会显示任何内容， 但文件 output_freopen.txt 里会出现：

This output will be written to 'output_freopen.txt'
Another line to the file.

为什么需要 I/O 重定向

把标准输入输出"换道"后，程序能获得以下好处：

1. 自动化：同一份输入数据可反复跑，无需手工敲键盘，批量测试、脚本处理必备。
2. 数据管道：一个程序的输出直接当另一个程序的输入，命令行里轻松搭起流水线。
3. 测试与调试：换文件就能换测试场景；把输出抓进文件，随时比对预期结果。
4. 日志与监控：把正常输出或错误信息重定向到日志文件，方便排错、审计和长期监控。
5. 控制台清爽：后台跑程序时屏幕保持干净，结果事后看文件即可。

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ios::rdbuf() 与 freopen() 的区别

ios::rdbuf()	freopen()
用于获取或更换 istream/ostream 的内部缓冲区指针。	把已存在的文件"绑"到标准流（stdin/stdout/stderr）上。
只改流对象内部缓冲区，文件描述符不变。	连文件描述符一起换掉，真正重定向到指定文件。
可对缓冲机制做细粒度控制（如切回原来缓冲区）。	仅完成"文件↔流"的映射，不直接操作缓冲区。
属于 C++ 风格的流库接口。	继承自 C 标准库，跨 C/C++ 通用。

C++ 文件流 API简单总结

C++ 文件流 API 一览（按"干什么"分类，只列标准库 <fstream> + <filesystem> 高频接口，C++17 及以上标⭐）

1. 打开/关闭/文件状态

目的	关键成员
构造函数即打开	std::ifstream/ofstream/fstream 带路径构造
事后打开	.open(path, mode)
关闭	.close()
是否打开成功	operator! / .fail() / .is_open()
文件是否存在⭐	std::filesystem::exists(path)
文件大小⭐	std::filesystem::file_size(path)

2. 读写定位

目的	关键成员
读位置	.tellg()
写位置	.tellp()
跳读	.seekg(offset, dir)
跳写	.seekp(offset, dir)
dir 枚举	std::ios::beg/cur/end

3. 按字符/行/块 读写

方式	关键调用
单字符	stream.get(c) / stream.put(c)
行	std::getline(stream, string)
整块	stream.read(buf, n) / stream.write(buf, n)
已读字节数	stream.gcount()

4. 格式化写入，读取

目的	用法
与控制台语法一致	直接用 读【>>】 ， 写【 <<】

5. 缓冲区底层控制

目的	关键调用
换缓冲区	stream.rdbuf(new_buf)
取当前缓冲区	stream.rdbuf()
手动刷盘	stream.flush()
与 std::cout 同步开关	std::ios::sync_with_stdio(bool)

6. 打开模式位（可组合）

位	含义
std::ios::in	读
std::ios::out	写（默认 truncate）
std::ios::app	追加
std::ios::ate	打开后指针置尾
std::ios::trunc	若已存在则截空
std::ios::binary	二进制模式

7. 错误与状态检测

状态函数	含义
.good()	一切正常
.eof()	读到 EOF
.fail()	格式/逻辑错误
.bad()	严重错误（设备故障）
.clear(flags=std::ios::goodbit)	手动清状态

8. 文件系统级操作⭐（<filesystem>）

任务	调用
创建目录	std::filesystem::create_directory/parent_path
拷贝文件	std::filesystem::copy_file
改名/移动	std::filesystem::rename
删除	std::filesystem::remove/all
遍历目录	std::filesystem::directory_iterator
路径拼接	operator/ 或 std::filesystem::path::append