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C++ fstream详解

一、引言

C++ 中的文件操作是通过 fstream 文件流来实现的。fstream 是 C++ 标准库中的一个重要部分，它提供了一套完整的类和方法来简化文件的读写操作。这些类包括 ifstream（用于读文件）、ofstream（用于写文件）和 fstream（用于同时读写文件）。

二、头文件

要使用 fstream 相关的功能，首先需要包含 <fstream> 头文件。例如：

#include <fstream>

三、基本类介绍

1. ifstream：

   • 用于从文件读取数据。
   • 继承自 istream，支持使用 >> 操作符进行读取。

2. ofstream：

   • 用于向文件写入数据。
   • 继承自 ostream，支持使用 << 操作符进行写入。

3. fstream：

   • 同时支持读写操作。
   • 继承自 iostream，支持 >> 和 << 操作符。

四、打开文件

文件操作的第一步是打开文件。fstream 类提供了 open 成员函数用于打开文件。

void open(const char* filename, ios_base::openmode mode = ios_base::in | ios_base::out);

• filename：要打开的文件名。
• mode：打开文件的模式，可以是以下选项的组合：
  • ios::in：以输入模式打开文件。
  • ios::out：以输出模式打开文件。
  • ios::ate：打开文件后定位到文件末尾。
  • ios::app：所有输出附加在文件末尾。
  • ios::trunc：如果文件已存在，先删除文件内容。
  • ios::binary：以二进制方式打开文件。

例如：

ofstream outfile;
outfile.open("Hello.txt", ios::out | ios::binary);

五、关闭文件

文件操作完成后，需要关闭文件以释放资源。fstream 类提供了 close 成员函数用于关闭文件。

void close();

例如：

outfile.close();

六、文件读写操作

1. 文本文件读写：
   • 使用 << 操作符向文件写入数据。
   • 使用 >> 操作符从文件读取数据。

例如：

ofstream outfile("out.txt");
if (outfile.is_open()) {
    outfile << "This is a test." << endl;
    outfile.close();
}

ifstream infile("out.txt");
if (infile.is_open()) {
    char buffer[256];
    while (infile >> buffer) {
        cout << buffer << endl;
    }
    infile.close();
}

当然，C++ 中读取文件的方式多种多样，除了基本的按行读取和按字符读取外，还有按块（或缓冲区）读取以及根据特定格式读取等方法。以下是对这些读取方式的详细说明：

1.1 按行读取

使用 getline 函数可以从文件中按行读取数据。这个函数有两个版本，一个接受 char* 类型的缓冲区和一个最大长度，另一个接受 std::string 对象。

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

int main() {
    std::ifstream infile("example.txt");
    if (!infile.is_open()) {
        std::cerr << "Failed to open file." << std::endl;
        return 1;
    }

    std::string line;
    while (std::getline(infile, line)) {
        std::cout << line << std::endl;
    }

    infile.close();
    return 0;
}

1.2 按字符读取

可以使用 istream 类的 get 成员函数按字符读取文件。这个函数有多种重载形式，可以读取单个字符、字符数组或 std::string 对象。

#include <fstream>
#include <iostream>

int main() {
    std::ifstream infile("example.txt");
    if (!infile.is_open()) {
        std::cerr << "Failed to open file." << std::endl;
        return 1;
    }

    char ch;
    while (infile.get(ch)) {
        std::cout << ch;
    }

    infile.close();
    return 0;
}

1.3 按块（或缓冲区）读取

可以使用 istream 类的 read 成员函数按块读取文件。这种方法通常用于二进制文件，但也可以用于文本文件。

#include <fstream>
#include <iostream>
#include <vector>

int main() {
    std::ifstream infile("example.txt", std::ios::binary);
    if (!infile.is_open()) {
        std::cerr << "Failed to open file." << std::endl;
        return 1;
    }

    const std::streamsize bufferSize = 1024;
    char buffer[bufferSize];
    while (infile.read(buffer, bufferSize)) {
        std::cout.write(buffer, infile.gcount()); // gcount() 返回实际读取的字符数
    }
    // 处理可能的剩余数据
    if (infile.gcount() > 0) {
        std::cout.write(buffer, infile.gcount());
    }

    infile.close();
    return 0;
}

1.4 根据特定格式读取

对于特定格式的文件（如 CSV、JSON、XML 等），通常需要结合字符串解析和逻辑判断来读取数据。例如，对于 CSV 文件，可以按行读取，然后使用逗号作为分隔符来解析每一行的数据。

#include <fstream>
#include <sstream>
#include <string>
#include <vector>
#include <iostream>

int main() {
    std::ifstream infile("example.csv");
    if (!infile.is_open()) {
        std::cerr << "Failed to open file." << std::endl;
        return 1;
    }

    std::string line;
    while (std::getline(infile, line)) {
        std::stringstream ss(line);
        std::string item;
        std::vector<std::string> values;
        while (std::getline(ss, item, ',')) {
            values.push_back(item);
        }
        // 处理 values 向量中的数据
        for (const auto& val : values) {
            std::cout << val << " ";
        }
        std::cout << std::endl;
    }

    infile.close();
    return 0;
}

在实际应用中，选择哪种读取方式取决于文件的具体格式和读取需求。对于简单的文本文件，按行或按字符读取通常就足够了；对于二进制文件或复杂格式的文件，可能需要使用按块读取或根据特定格式读取的方法。
2. 二进制文件读写：

• 使用 write 函数写入数据。
• 使用 read 函数读取数据。

ofstream outfile("binary.dat", ios::binary);
if (outfile.is_open()) {
    char data[] = "Binary data";
    outfile.write(data, sizeof(data));
    outfile.close();
}

ifstream infile("binary.dat", ios::binary);
if (infile.is_open()) {
    char buffer[256];
    infile.read(buffer, sizeof(buffer));
    cout << "Read from binary file: " << buffer << endl;
    infile.close();
}

七、流状态验证

fstream 类提供了一些成员函数来验证流的状态：

• is_open()：检查文件是否成功打开。
• bad()：如果在读写过程中发生严重错误，返回 true。
• fail()：除了 bad() 的情况外，如果发生格式错误（如类型不匹配），也返回 true。
• eof()：如果读文件到达文件末尾，返回 true。
• good()：如果以上任何一个函数返回 false，则 good() 返回 true。

八、获取和设置流指针

fstream 类提供了 seekg 和 seekp 函数来设置流指针的位置，以及 tellg 和 tellp 函数来获取流指针的当前位置。

// 设置输入流指针位置
istream& seekg(pos_type pos);
istream& seekg(off_type off, ios_base::seekdir dir);

// 设置输出流指针位置
ostream& seekp(pos_type pos);
ostream& seekp(off_type off, ios_base::seekdir dir);

// 获取输入流指针位置
pos_type tellg();

// 获取输出流指针位置
pos_type tellp();

例如：

ifstream infile("example.txt");
if (infile.is_open()) {
    infile.seekg(10, ios::beg); // 定位到文件第10个字节
    char buffer[256];
    infile.read(buffer, 256);
    cout << buffer << endl;
    infile.close();
}

九、总结

fstream 是 C++ 中处理文件操作的重要工具。通过 ifstream、ofstream 和 fstream 这三个类，可以方便地实现文件的读写操作。同时，fstream 类还提供了丰富的成员函数来验证流的状态、获取和设置流指针的位置，从而提高了文件操作的灵活性和可靠性。

希望这篇文章能帮助你更好地理解和使用 C++ 中的 fstream 文件流。

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