C++基础——文件逐行读取与字符匹配

技术背景

用惯了python，对其他语言就比较的生疏。但是python很多时候在性能上比较受局限，这里尝试通过C++来实现一个文件IO的功能，看看是否能够比python的表现更好一些。关于python的类似功能的实现，可以参考这一篇博客。

C++读取文件

首先我们构造一个txt文件用于测试，比如以下这个名为mindspore.txt的文件（之所以取这个名字，是因为最近在研究mindspore，因此最方便拿到的数据就是mindspore的借口api文档）：

MindSpore Python API
MindSpore Python API
mindspore
mindspore.common.initializer
mindspore.communication
mindspore.compression
mindspore.context
mindspore.dataset
mindspore.dataset.config
mindspore.dataset.text
mindspore.dataset.transforms
mindspore.dataset.vision
mindspore.explainer
mindspore.mindrecord
mindspore.nn
mindspore.numpy
mindspore.nn.probability
mindspore.ops
mindspore.profiler
mindspore.train
MindArmour Python API
mindarmour
mindarmour.adv_robustness.attacks
mindarmour.adv_robustness.defenses
mindarmour.adv_robustness.detectors
mindarmour.adv_robustness.evaluations
mindarmour.fuzz_testing
mindarmour.privacy.diff_privacy
mindarmour.privacy.evaluation
mindarmour.privacy.sup_privacy
mindarmour.utils
MindSpore Hub Python API
mindspore_hub
MindSpore Serving Python API
mindspore_serving
MindQuantum Python API
mindquantum

然后构造一个C++代码用于逐行读取这个文件，通过getline函数，将获取到的行字符串保存到strline中，并且每次读取一行都在屏幕上输出出来。由于这里使用的是while循环，因此采用index的方案设置了一个跳出循环的条件，只读取特定的行范围：

// iofile.cpp
#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>

int main()
{
    using namespace std;
    string filename="mindspore.txt";
    ifstream fin(filename.c_str());
    int index = 0;
    string strline;
    while (getline(fin, strline) && index < 20)
    {
        cout << strline << endl;
        index ++;
    }
    fin.close();
    cout << "Done!\n";
    return 0;
}

在读取完毕后，记得使用close()将文件关闭。上述代码的执行结果如下：

dechin@ubuntu2004:~/projects/gitlab/dechin/$ g++ iofile.cpp
dechin@ubuntu2004:~/projects/gitlab/dechin/$ ./a.out
MindSpore Python API
MindSpore Python API
mindspore
mindspore.common.initializer
mindspore.communication
mindspore.compression
mindspore.context
mindspore.dataset
mindspore.dataset.config
mindspore.dataset.text
mindspore.dataset.transforms
mindspore.dataset.vision
mindspore.explainer
mindspore.mindrecord
mindspore.nn
mindspore.numpy
mindspore.nn.probability
mindspore.ops
mindspore.profiler
mindspore.train
Done!

这里我们使用的g++版本为9.3.0：

dechin@ubuntu2004:~/projects/gitlab/dechin/$ g++ --version
g++ (Ubuntu 9.3.0-17ubuntu1~20.04) 9.3.0
Copyright (C) 2019 Free Software Foundation, Inc.
This is free software; see the source for copying conditions.  There is NO
warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.

因为上述案例读取的是前20行的内容，那么在Linux下我们还可以通过head来查看前20行的文件内容：

dechin@ubuntu2004:~/projects/gitlab/dechin/$ head -n 20 mindspore.txt
MindSpore Python API
MindSpore Python API
mindspore
mindspore.common.initializer
mindspore.communication
mindspore.compression
mindspore.context
mindspore.dataset
mindspore.dataset.config
mindspore.dataset.text
mindspore.dataset.transforms
mindspore.dataset.vision
mindspore.explainer
mindspore.mindrecord
mindspore.nn
mindspore.numpy
mindspore.nn.probability
mindspore.ops
mindspore.profiler
mindspore.train

经过对比发现两个结果是一致的。

C++字符串匹配

我们假象一个这样的测试案例，在上述的txt文本中，我们想把带有字符context的那一行标记出来，使其跟其他的行不一样。这时候就需要使用到C++的字符串匹配功能，其格式为string.find("context")，返回的是一个识别码，用于标记是否存在或者是存在的位置，如果字符不存在，则返回结果等价于string::npos。按照这个思路，我们定义一个布尔值，在检索过程中如果遇到context字符就输出1，否则输出0，具体的代码实现如下：

// iofile.cpp
#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>

int main()
{
    using namespace std;
    string filename="mindspore.txt";
    ifstream fin(filename.c_str());
    int index = 0;
    string strline;
    while (getline(fin, strline) && index < 20)
    {
        bool exists = strline.find("context") == string::npos;
        cout << strline << '\t' << !exists << endl;
        index ++;
    }
    fin.close();
    cout << "Done!\n";
    return 0;
}

上述代码的执行结果如下所示：

dechin@ubuntu2004:~/projects/gitlab/dechin/$ g++ iofile.cpp && ./a.out
MindSpore Python API    0
MindSpore Python API    0
mindspore       0
mindspore.common.initializer    0
mindspore.communication 0
mindspore.compression   0
mindspore.context       1
mindspore.dataset       0
mindspore.dataset.config        0
mindspore.dataset.text  0
mindspore.dataset.transforms    0
mindspore.dataset.vision        0
mindspore.explainer     0
mindspore.mindrecord    0
mindspore.nn    0
mindspore.numpy 0
mindspore.nn.probability        0
mindspore.ops   0
mindspore.profiler      0
mindspore.train 0
Done!

我们可以注意到，在含有context的那一行的行末输出了一个1，其他行的行末输出的都是0.

C++运行时间统计

在python中我们常用的一个功能是导入time.time()来记录时间，然后计算两次时间之间的差值，就可以得到一个程序的精确运行时间。C++中有一个比较类似的用法是clock_t，这里为了方便测试，我们把上述用到的代码封装到一个reader函数内，然后在main函数中调用以及统计运行时间：

// iofile.cpp
#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>
#include <time.h>
using namespace std;
int reader()
{
    string filename="mindspore.txt";
    ifstream fin(filename.c_str());
    int index = 0;
    string strline;
    while (getline(fin, strline) && index < 20)
    {
        bool exists = strline.find("context") == string::npos;
        cout << strline << '\t' << !exists << endl;
        index ++;
    }
    fin.close();
    cout << "Done!\n";
    return 0;
}
int main()
{
    clock_t start, end;
    start = clock();
    reader();
    end = clock();
    cout << "The time cost is: " << double(end-start)/CLOCKS_PER_SEC << "s" << endl;
}

上述代码的执行结果如下所示：

dechin@ubuntu2004:~/projects/gitlab/dechin/$ g++ iofile.cpp && ./a.out
MindSpore Python API    0
MindSpore Python API    0
mindspore       0
mindspore.common.initializer    0
mindspore.communication 0
mindspore.compression   0
mindspore.context       1
mindspore.dataset       0
mindspore.dataset.config        0
mindspore.dataset.text  0
mindspore.dataset.transforms    0
mindspore.dataset.vision        0
mindspore.explainer     0
mindspore.mindrecord    0
mindspore.nn    0
mindspore.numpy 0
mindspore.nn.probability        0
mindspore.ops   0
mindspore.profiler      0
mindspore.train 0
Done!
The time cost is: 0.000245s

输出的时间表示这个函数运行时间共计0.2ms。

总结概要

本文简单的介绍了C++中的三种基础操作：逐行读取文件内容、字符串匹配以及运行时间的统计，并且通过一个简单的范例来实现了这三种基本的功能。相比于python而言，C++的代码编写量肯定要多一些，但是考虑到C++可能带来的效率增益，我们也应当了解其基本的用法以及功能实现。

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本文首发链接为：https://www.cnblogs.com/dechinphy/p/cppio.html

作者ID：DechinPhy

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