C++ 文件操作详解

C++ 文件操作详解

• [一、C++ 文件操作详解](#一、C++ 文件操作详解)
• • 1、核心类
  • 2、文件打开模式 (Open Modes)
  • 3、基本操作流程
  • 4、错误处理
  • [5、 示例代码](#5、 示例代码)
  • 6、重要提示
• 二、示例

一、C++ 文件操作详解

C++ 主要通过 <fstream> 头文件中定义的流类来进行文件操作。这些类继承自 <iostream> 中的标准输入输出流类，因此其使用方式与 cin、cout 非常相似。

1、核心类

1. std::ofstream (输出文件流)： 用于向文件写入数据。
2. std::ifstream (输入文件流)： 用于从文件读取数据。
3. std::fstream (文件流)： 可以同时进行读写操作（取决于打开方式）。

2、文件打开模式 (Open Modes)

打开文件时，可以指定文件的操作模式。这些模式是位掩码常量，定义在 std::ios_base 命名空间中，通常使用 std::ios 作为别名。常用模式有：

• std::ios::in： 以读取方式打开（ifstream 默认）。
• std::ios::out： 以写入方式打开，会覆盖原有内容（ofstream 默认）。
• std::ios::app： 以追加方式打开，所有写入都追加到文件末尾。
• std::ios::ate： 打开文件后，立即定位到文件末尾。
• std::ios::trunc： 如果文件存在，先将其内容清空（out 模式默认包含）。
• std::ios::binary： 以二进制模式打开文件（默认是文本模式）。

模式可以组合使用，例如：

std::fstream file("data.txt", std::ios::in | std::ios::out); // 读写模式
std::ofstream outfile("log.txt", std::ios::app); // 追加模式

3、基本操作流程

1. 打开文件：

   • 在创建流对象时通过构造函数指定文件名和模式。

   std::ofstream outfile("output.txt"); // 默认 out + trunc
   std::ifstream infile("input.txt"); // 默认 in

   • 或者先创建对象，再调用 open() 方法。

   std::fstream file;
   file.open("data.dat", std::ios::in | std::ios::out | std::ios::binary);

2. 检查文件是否成功打开：

   在尝试读写之前，务必检查文件是否成功打开。

   if (!outfile.is_open()) { // 或者 if (!outfile)
       std::cerr << "打开文件失败!" << std::endl;
       // 处理错误
       return;
   }

3. 读写文件：

   • 文本文件： 使用 << (输出流) 和 >> (输入流) 运算符，或者 get()、getline()、put() 等成员函数，就像操作 cout 和 cin 一样。

     // 写入文本
     outfile << "姓名: " << name << std::endl;
     outfile << "年龄: " << age << std::endl;
     
     // 读取文本
     std::string line;
     while (std::getline(infile, line)) { // 逐行读取
         std::cout << line << std::endl;
     }
     
     int value;
     infile >> value; // 读取一个整数

   • 二进制文件： 使用 read() 和 write() 成员函数。它们直接操作内存块。

     // 写入二进制数据 (例如一个结构体)
     struct Person {
         char name[50];
         int age;
     } p = {"张三", 30};
     
     outfile.write(reinterpret_cast<char*>(&p), sizeof(p));
     
     // 读取二进制数据
     Person p_read;
     infile.read(reinterpret_cast<char*>(&p_read), sizeof(p_read));

     注意： 二进制模式读写不进行任何格式转换（如换行符转换），直接读写字节。reinterpret_cast<char*> 用于将对象指针转换为 char* 指针，因为 read/write 操作的是字节 (char)。

4. 文件定位：

   • tellg()： 返回输入流的当前位置指针（读位置）。
   • tellp()： 返回输出流的当前位置指针（写位置）。
   • seekg(offset, direction)： 设置输入流的位置指针。
   • seekp(offset, direction)： 设置输出流的位置指针。
     方向 (direction)：
   • std::ios::beg： 文件开头 (默认)。
   • std::ios::cur： 当前位置。
   • std::ios::end： 文件末尾。

   infile.seekg(0, std::ios::end); // 定位到文件末尾
   std::streampos size = infile.tellg(); // 获取文件大小
   infile.seekg(0, std::ios::beg); // 重新定位到开头

5. 关闭文件：

   当流对象离开其作用域时，析构函数会自动关闭文件。但显式关闭是一个好习惯，特别是需要立即释放资源或重新打开文件时。

   outfile.close();
   infile.close();

4、错误处理

除了检查 is_open()，还可以使用以下方法检查流状态：

• good()： 流状态正常 (无错误)。
• eof()： 到达文件末尾。
• fail()： 发生非致命错误（可恢复，如格式错误）。
• bad()： 发生致命错误（流可能损坏）。
  通常：

if (infile.fail() && !infile.eof()) {
    // 处理读取错误 (非EOF导致)
}
// 或者
while (infile >> data) { // 操作成功且未到EOF时，条件为true
    // 处理数据
}

5、 示例代码

1. 写入文本文件：

#include <iostream>
#include <fstream>

int main() {
    std::ofstream outfile("example.txt");
    if (!outfile) {
        std::cerr << "创建文件失败!" << std::endl;
        return 1;
    }
    outfile << "Hello, File World!\n";
    outfile << "This is a line of text.\n";
    outfile << 42 << " " << 3.14159 << std::endl;
    outfile.close();
    return 0;
}

运行：

2. 读取文本文件：

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

int main() {
    std::ifstream infile("example.txt");
    if (!infile) {
        std::cerr << "打开文件失败!" << std::endl;
        return 1;
    }
    std::string line;
    while (std::getline(infile, line)) {
        std::cout << line << std::endl;
    }
    infile.close();
    return 0;
}

运行：

3. 读写二进制文件：

#include <iostream>
#include <fstream>

struct Point {
    double x, y;
};

int main() {
    // 写入二进制
    Point p1 = {1.0, 2.0}, p2 = {3.0, 4.0};
    std::ofstream outbin("points.dat", std::ios::binary);
    if (!outbin) return 1;
    outbin.write(reinterpret_cast<char*>(&p1), sizeof(Point));
    outbin.write(reinterpret_cast<char*>(&p2), sizeof(Point));
    outbin.close();

    // 读取二进制
    Point p_read;
    std::ifstream inbin("points.dat", std::ios::binary);
    if (!inbin) return 1;
    inbin.read(reinterpret_cast<char*>(&p_read), sizeof(Point));
    std::cout << "Point1: (" << p_read.x << ", " << p_read.y << ")\n";
    inbin.read(reinterpret_cast<char*>(&p_read), sizeof(Point));
    std::cout << "Point2: (" << p_read.x << ", " << p_read.y << ")\n";
    inbin.close();
    return 0;
}

运行：

6、重要提示

• 文件路径： 可以使用相对路径或绝对路径。相对路径是相对于程序运行时的当前工作目录。
• 资源管理： 确保文件在不再需要时被关闭。利用 RAII (Resource Acquisition Is Initialization) 原则，让流对象的析构函数自动关闭文件是最安全的方式。
• 二进制模式： 处理非文本数据（如图像、结构体）时，必须 使用 std::ios::binary 模式，否则可能发生意外的字符转换（如换行符 \n 在某些系统上可能被转换为 \r\n）。
• 错误检查： 文件操作失败很常见（如文件不存在、权限不足、磁盘满）。务必在关键操作后进行错误检查。

掌握这些核心概念和操作，就能在 C++ 程序中有效地进行文件读写。

二、示例

以下是一个使用C++进行文件操作的示例代码，包含文件写入和读取的基本操作：

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

int main() {
    // 文件写入操作
    std::ofstream outFile("example.txt"); // 创建输出文件流
    if (outFile.is_open()) {
        outFile << "Hello, File I/O!\n";
        outFile << "This is a sample text.\n";
        outFile << "3.1415926535\n";      // 写入数字
        outFile.close();
        std::cout << "数据写入成功！" << std::endl;
    } else {
        std::cerr << "无法打开文件进行写入！" << std::endl;
    }

    // 文件读取操作
    std::ifstream inFile("example.txt");   // 创建输入文件流
    std::string line;
    
    if (inFile.is_open()) {
        std::cout << "\n文件内容：" << std::endl;
        while (std::getline(inFile, line)) {
            std::cout << line << std::endl;
        }
        inFile.close();
    } else {
        std::cerr << "无法打开文件进行读取！" << std::endl;
    }

    // 追加模式写入
    std::ofstream appFile("example.txt", std::ios::app);
    if (appFile.is_open()) {
        appFile << "--- 追加内容 ---\n";
        appFile.close();
        std::cout << "\n追加内容成功！" << std::endl;
    }

    return 0;
}

代码说明：

1. 文件写入：

   • 使用 std::ofstream 创建输出文件流
   • is_open() 检查文件是否成功打开
   • 使用 << 运算符写入文本内容
   • 操作完成后调用 close() 关闭文件

2. 文件读取：

   • 使用 std::ifstream 创建输入文件流
   • std::getline() 逐行读取内容
   • 将读取内容输出到控制台

3. 追加模式：

   • 通过 std::ios::app 标志以追加模式打开文件
   • 新内容将添加到文件末尾而不覆盖原有内容

运行结果：

数据写入成功！

文件内容：
Hello, File I/O!
This is a sample text.
3.1415926535

追加内容成功！

注意事项：

1. 文件路径可以是相对路径（如示例）或绝对路径
2. 操作前需确保有文件读写权限
3. 使用 try-catch 可增强异常处理能力
4. 对于二进制文件操作，需使用 std::ios::binary 模式