C++ 学习笔记之——文件操作和文件流

1. 文件的概念

对于用户来说，常用到的文件有两大类：程序文件和数据文件。而根据文件中数据的组织方式，则可以将文件分为 ASCII 文件和二进制文件。

ASCII 文件，又称字符文件或者文本文件，它的每一个字节放一个 ASCII 代码，代表一个字符。
二进制文件，又称内部格式文件或字节文件，是把内存中的数据按其在内存中的存储形式原样输出到磁盘上存放。

数字 64 在内存中表示为 0100 0000，若将其保存为 ASCII 文件，则要分别存放十位 6 和个位 4 的 ASCII 码，为 0011 0110 0011 0100，占用两个字节；若将其保存为二进制文件，则按内存中形式直接输出，为 0100 0000，占用一个字节。

ASCII 文件中数据与字符一一对应，一个字节代表一个字符，可以直接在屏幕上显示或打印出来，这种方式使用方便，比较直观，便于阅读，但一般占用存储空间较大，而且输出时要将二进制转化为 ASCII 码比较花费时间。

二进制文件，输出时不需要进行转化，直接将内存中的形式输出到文件中，占用存储空间较小，但一个字节并不对应一个文件，不能直观显示文件中的内容。

2. 文件流和文件流对象

文件流是以外存文件未输入输出对象的数据流。输出文件流是从内存流向外存文件的数据，输入文件流是从外存文件流向内存的数据。每一个文件流都有一个内存缓冲区与之对应。

C++ 中有三个用于文件操作的文件类：

ifstream 类，它是从 istream 类派生来的，用于支持从磁盘文件的输入。
ofstream 类，它是从 ostream 类派生来的，用于支持向磁盘文件的输出。
fstream 类，它是从 iostream 类派生来的，用于支持对磁盘文件的输入输出。

要以磁盘文件为对象进行输入输出，必须定义一个文件流类的对象，通过文件流对象将数据从内存输出到磁盘文件，或者将磁盘文件输入到内存。

定义文件流对象后，我们还需要将文件流对象和指定的磁盘文件建立关联，以便使文件流流向指定的磁盘文件，并确定文件的工作方式（输入还是输出，二进制还是 ASCII）。我们可以在定义流对象的时候指定参数来调用构造函数，或者通过成员函数 open 来进行文件流对象和指定文件的关联。

3. 对 ASCII 文件的操作

然后，我们就可以用类似 cin 或者 cout 的方式将数据读出或写入文件，只不过是输入输出的对象变成了文件而已。当然，在对磁盘文件完成读写操作后，我们可以通过 close 方法来解除磁盘文件和文件流对象的关联。

#include <iostream>
#include <fstream>
using namespace std;
int main()
{
    ofstream outfile("a.txt", ios::out);
    if (!outfile)
    {
        cerr << "Failed to open the file!";
        return 1;
    }
    // 写入数字 1-5 到文件中
    for (int i = 1; i < 6; i++)
    {
        outfile << i << '\n';
    }
    outfile.close();
    ifstream infile("a.txt", ios::in);
    if (!infile)
    {
        cerr << "Failed to open the file!";
        return 1;
    }
    char data;  // 从文件中读出数字 1-5
    for (int i = 1; i < 6; i++)
    {
        infile >> data;
        cout << data << '\n';
    }
    infile.close();
    return 0;
}

也可以利用文件流对象的成员函数 get, put 等，其用法就和标准输入输出介绍的一样。

int main()
{
    ofstream outfile("a.txt", ios::out);
    if (!outfile)
    {
        cerr << "Failed to open the file!";
        return 1;
    }
    for (char i = '1'; i < '6'; i++)
    {
        outfile.put(i); // 输出一个字符到文件中去
    }
    outfile.close();
    ifstream infile("a.txt", ios::in);
    if (!infile)
    {
        cerr << "Failed to open the file!";
        return 1;
    }
    /*char a;
    for (int i = 0; i < 5; i++)
    {
        infile.get(a); // 从文件中读出 1 个字符
        cout << a << '\n';
    }*/
    char data[5];
    infile.get(data, 6); // 从文件中读出 5 个字符
    for (int i = 0; i < 5; i++)
    {
        cout << data[i] << '\n';
    }
    infile.close();
    return 0;
}

4. 对二进制文件的操作

二进制文件的操作需要在打开文件的时候指定打开方式为 ios::binary，并且还可以指定为既能输入又能输出的文件，我们通过成员函数 read 和 write 来读写二进制文件。

istream& read (char* s, streamsize n);
ostream& write (const char* s, streamsize n);

#include <iostream>
#include <fstream>
using namespace std;
int main()
{
    ofstream outfile("a.txt", ios::binary);
    if (!outfile)
    {
        cerr << "Failed to open the file!";
        return 1;
    }
    char a[] = {'h', 'e', 'l', 'l', 'o', ','};
    char b[] = {'s', 'e', 'n', 'i', 'u', 's', 'e', 'n', '!'};
    outfile.write(a, 6); // 将以 a 为首地址的 6 个字符写入文件
    outfile.write(b, 9);
    outfile.close();
    ifstream infile("a.txt", ios::binary);
    if (!infile)
    {
        cerr << "Failed to open the file!";
        return 1;
    }
    char data[6];
    infile.read(data, 6);  // 从文件中读出 6 个字符到以 data 为首地址的字符数组中
    for (int i = 0; i < 6; i++)
    {
        cout << data[i];
    }
    char datb[6];
    infile.read(datb, 9);
    for (int i = 0; i < 9; i++)
    {
        cout << datb[i];
    }
    infile.close();
    return 0;
}

在磁盘文件中有一个文件指针，用来指明当前读写的位置。每次写入或者读出一个字节，指针就向后移动一个字节。对于二进制文件，允许对指针进行控制，使它移动到所需的位置，以便在该位置上进行读写。

ostream& seekp (streampos pos); 将输出文件中指针移动到指定的位置
ostream& seekp (streamoff off, ios_base::seekdir way); 以参照位置为基准对输出文件中的指针移动若干字节
streampos tellp(); 返回输出文件指针当前的位置
istream& seekg (streampos pos); 将输入文件中指针移动到指定的位置
istream& seekg (streamoff off, ios_base::seekdir way); 以参照位置为基准对输入文件中的指针移动若干字节
streampos tellg(); 返回输入文件指针当前的位置

其中，参照位置有以下几个选择：

ios_base::beg 文件开始位置
ios_base::cur 文件当前位置
ios_base::end 文件末尾位置

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