深入理解C++中的文件操作

前言

我們?cè)诰帉懗绦虻臅r(shí)候，最密不可分的就是對(duì)文件進(jìn)行相應(yīng)的操作，我們可以從文件中讀取數(shù)據(jù)，可以將數(shù)據(jù)保存到文件，可以……

總而言之，言而總之，一言以蔽之，對(duì)文件的操作是非常重要的，下面我們就來(lái)介紹一下C++中是如何對(duì)文件進(jìn)行操作的。C++

通過(guò)以下幾個(gè)類支持文件的輸入輸出：

      ofstream: 寫操作（輸出）的文件類 (由ostream引申而來(lái))

      ifstream: 讀操作（輸入）的文件類(由istream引申而來(lái))

      fstream: 可同時(shí)讀寫操作的文件類 (由iostream引申而來(lái))

打開(kāi)文件(Open a file)

對(duì)這些類的一個(gè)對(duì)象所做的第一個(gè)操作通常就是將它和一個(gè)真正的文件聯(lián)系起來(lái)，也就是說(shuō)打開(kāi)一個(gè)文件。被打開(kāi)的文件在程序中由一個(gè)流對(duì)象(stream object)來(lái)表示 (這些類的一個(gè)實(shí)例) ，而對(duì)這個(gè)流對(duì)象所做的任何輸入輸出操作實(shí)際就是對(duì)該文件所做的操作。

要通過(guò)一個(gè)流對(duì)象打開(kāi)一個(gè)文件，我們使用它的成員函數(shù)open()：void open (const char * filename, openmode mode);

這里filename 是一個(gè)字符串，代表要打開(kāi)的文件名，mode 是以下標(biāo)志符的一個(gè)組合： ios::in 為輸入(讀)而打開(kāi)文件

      ios::out 為輸出(寫)而打開(kāi)文件

      ios::ate 初始位置：文件尾

      ios::app 所有輸出附加在文件末尾

      ios::trunc 如果文件已存在則先刪除該文件

      ios::binary 二進(jìn)制方式

這些標(biāo)識(shí)符可以被組合使用，中間以”或”操作符(|)間隔。例如，如果我們想要以二進(jìn)制方式打開(kāi)文件”example.bin” 來(lái)寫入一些數(shù)據(jù)，我們可以通過(guò)以下方式調(diào)用成員函數(shù)open（）來(lái)實(shí)現(xiàn)：

ofstream file;
file.open ("example.bin", ios::out | ios::app | ios::binary);

ofstream, ifstream 和 fstream所有這些類的成員函數(shù)open 都包含了一個(gè)默認(rèn)打開(kāi)文件的方式，這三個(gè)類的默認(rèn)方式各不相同： 類 參數(shù)的默認(rèn)方式

      ofstream ios::out | ios::trunc

      ifstream ios::in

      fstream ios::in | ios::out

只有當(dāng)函數(shù)被調(diào)用時(shí)沒(méi)有聲明方式參數(shù)的情況下，默認(rèn)值才會(huì)被采用。如果函數(shù)被調(diào)用時(shí)聲明了任何參數(shù)，默認(rèn)值將被完全改寫，而不會(huì)與調(diào)用參數(shù)組合。

由 于對(duì)類ofstream, ifstream 和 fstream 的對(duì)象所進(jìn)行的第一個(gè)操作通常都是打開(kāi)文件，這些類都有一個(gè)構(gòu)造函數(shù)可以直接調(diào)用open 函數(shù)，并擁有同樣的參數(shù)。這樣，我們就可以通過(guò)以下方式進(jìn)行與上面同樣的定義對(duì)象和打開(kāi)文件的操作：

ofstream file ("example.bin", ios::out | ios::app | ios::binary);

兩種打開(kāi)文件的方式都是正確的。

你可以通過(guò)調(diào)用成員函數(shù)is_open()來(lái)檢查一個(gè)文件是否已經(jīng)被順利的打開(kāi)了：bool is_open();

它返回一個(gè)布爾(bool)值，為真（true）代表文件已經(jīng)被順利打開(kāi)，假( false )則相反。

關(guān)閉文件(Closing a file)

當(dāng)文件讀寫操作完成之后，我們必須將文件關(guān)閉以使文件重新變?yōu)榭稍L問(wèn)的。關(guān)閉文件需要調(diào)用成員函數(shù)close()，它負(fù)責(zé)將緩存中的數(shù)據(jù)排放出來(lái)并關(guān)閉文件。它的格式很簡(jiǎn)單：

void close ();

這個(gè)函數(shù)一旦被調(diào)用，原先的流對(duì)象(stream object)就可以被用來(lái)打開(kāi)其它的文件了，這個(gè)文件也就可以重新被其它的進(jìn)程(process)所有訪問(wèn)了。

為防止流對(duì)象被銷毀時(shí)還聯(lián)系著打開(kāi)的文件，析構(gòu)函數(shù)(destructor)將會(huì)自動(dòng)調(diào)用關(guān)閉函數(shù)close。

文本文件(Text mode files)

類ofstream, ifstream 和fstream 是分別從ostream, istream 和iostream 中引申而來(lái)的。這就是為什么 fstream 的對(duì)象可以使用其父類的成員來(lái)訪問(wèn)數(shù)據(jù)。

一般來(lái)說(shuō)，我們將使用這些類與同控制臺(tái)(console)交互同樣的成員函數(shù)(cin 和 cout)來(lái)進(jìn)行輸入輸出。如下面的例題所示，我們使用重載的插入操作符

// writing on a text file
#include <fstream>
using namespace std;
int main()
{
ofstream examplefile("example.txt");
if (examplefile.is_open())
{
examplefile << "This is a line.\n";
examplefile << "This is another line.\n";
examplefile.close();
}
return 0;
}

從文件中讀入數(shù)據(jù)也可以用與 cin的使用同樣的方法：

// reading a text file
#include <iostream>
#include <fstream>
#include <cstdlib>
using namespace std;
int main ()
{
 char buffer[256];
 ifstream examplefile("example.txt");
 if (! examplefile.is_open())
 {
  cout << "Error opening file"; exit (1);
 }
 while (!examplefile.eof())
 {
  examplefile.getline(buffer,100);
  cout<<buffer<< endl;
 }
 return 0;
}
//This is a line.
//This is another line.

上面的例子讀入一個(gè)文本文件的內(nèi)容，然后將它打印到屏幕上。注意我們使用了一個(gè)新的成員函數(shù)叫做eof ，它是ifstream 從類 ios 中繼承過(guò)來(lái)的，當(dāng)?shù)竭_(dá)文件末尾時(shí)返回true 。

狀態(tài)標(biāo)志符的驗(yàn)證(Verification of state flags)

除了eof()以外，還有一些驗(yàn)證流的狀態(tài)的成員函數(shù)（所有都返回bool型返回值）：

bad()

如果在讀寫過(guò)程中出錯(cuò)，返回 true 。例如：當(dāng)我們要對(duì)一個(gè)不是打開(kāi)為寫狀態(tài)的文件進(jìn)行寫入時(shí)，或者我們要寫入的設(shè)備沒(méi)有剩余空間的時(shí)候。

fail()

除了與bad() 同樣的情況下會(huì)返回 true 以外，加上格式錯(cuò)誤時(shí)也返回true ，例如當(dāng)想要讀入一個(gè)整數(shù)，而獲得了一個(gè)字母的時(shí)候。

eof()

如果讀文件到達(dá)文件末尾，返回true。

good()

這是最通用的：如果調(diào)用以上任何一個(gè)函數(shù)返回true 的話，此函數(shù)返回 false 。

要想重置以上成員函數(shù)所檢查的狀態(tài)標(biāo)志，你可以使用成員函數(shù)clear()，沒(méi)有參數(shù)。

獲得和設(shè)置流指針(get and put stream pointers)

所有輸入/輸出流對(duì)象(i/o streams objects)都有至少一個(gè)流指針：

ifstream， 類似istream, 有一個(gè)被稱為get pointer的指針，指向下一個(gè)將被讀取的元素。

ofstream, 類似 ostream, 有一個(gè)指針 put pointer ，指向?qū)懭胂乱粋€(gè)元素的位置。

fstream, 類似 iostream, 同時(shí)繼承了get 和 put

我們可以通過(guò)使用以下成員函數(shù)來(lái)讀出或配置這些指向流中讀寫位置的流指針：

tellg() 和 tellp()

這兩個(gè)成員函數(shù)不用傳入?yún)?shù)，返回pos_type 類型的值(根據(jù)ANSI-C++ 標(biāo)準(zhǔn)) ，就是一個(gè)整數(shù)，代表當(dāng)前get 流指針的位置 (用tellg) 或 put 流指針的位置(用tellp).

seekg() 和seekp()

這對(duì)函數(shù)分別用來(lái)改變流指針get 和put的位置。兩個(gè)函數(shù)都被重載為兩種不同的原型：

seekg ( pos_type position );
seekp ( pos_type position );

使用這個(gè)原型，流指針被改變?yōu)橹赶驈奈募_(kāi)始計(jì)算的一個(gè)絕對(duì)位置。要求傳入的參數(shù)類型與函數(shù) tellg 和tellp 的返回值類型相同。

seekg ( off_type offset, seekdir direction );
seekp ( off_type offset, seekdir direction );

使用這個(gè)原型可以指定由參數(shù)direction決定的一個(gè)具體的指針開(kāi)始計(jì)算的一個(gè)位移(offset)。它可以是：

      ios::beg 從流開(kāi)始位置計(jì)算的位移

      ios::cur 從流指針當(dāng)前位置開(kāi)始計(jì)算的位移

      ios::end 從流末尾處開(kāi)始計(jì)算的位移

流指針 get 和 put 的值對(duì)文本文件(text file)和二進(jìn)制文件(binary file)的計(jì)算方法都是不同的，因?yàn)槲谋灸Ｊ降奈募心承┨厥庾址赡鼙恍薷摹Ｓ捎谶@個(gè)原因，建議對(duì)以文本文件模式打開(kāi)的文件總是使用seekg 和 seekp的第一種原型，而且不要對(duì)tellg 或 tellp 的返回值進(jìn)行修改。對(duì)二進(jìn)制文件，你可以任意使用這些函數(shù)，應(yīng)該不會(huì)有任何意外的行為產(chǎn)生。

以下例子使用這些函數(shù)來(lái)獲得一個(gè)二進(jìn)制文件的大?。?/p>

// obtaining file size
#include <iostream>
#include <fstream>
using namespace std;
int main ()
{
const char * filename = "example.txt";
long l,m;
ifstream file(filename, ios::in|ios::binary);
l = file.tellg();
file.seekg(0, ios::end);
m = file.tellg();
file.close();
cout <<"size of "<< filename;
cout <<" is "<< (m-l)<<" bytes.\n";
return 0;
}
//size of example.txt is 40 bytes.

二進(jìn)制文件(Binary files)

在二進(jìn)制文件中，使用>，以及函數(shù)（如getline）來(lái)操作符輸入和輸出數(shù)據(jù)，沒(méi)有什么實(shí)際意義，雖然它們是符合語(yǔ)法的。

文 件流包括兩個(gè)為順序讀寫數(shù)據(jù)特殊設(shè)計(jì)的成員函數(shù)：write 和 read。第一個(gè)函數(shù) (write) 是ostream 的一個(gè)成員函數(shù)，都是被ofstream所繼承。而read 是istream 的一個(gè)成員函數(shù)，被ifstream 所繼承。類 fstream 的對(duì)象同時(shí)擁有這兩個(gè)函數(shù)。它們的原型是：

write ( char * buffer, streamsize size );
read ( char * buffer, streamsize size );

這里 buffer 是一塊內(nèi)存的地址，用來(lái)存儲(chǔ)或讀出數(shù)據(jù)。參數(shù)size 是一個(gè)整數(shù)值，表示要從緩存（buffer）中讀出或?qū)懭氲淖址麛?shù)。

// reading binary file
#include <iostream>
#include <fstream>
using namespace std;
int main ()
{
 const char * filename = "example.txt";
 char * buffer;
 long size;
 ifstream file(filename, ios::in|ios::binary|ios::ate);
 size = file.tellg();
 file.seekg(0, ios::beg);
 buffer = new char [size];
 file.read(buffer, size);
 file.close();
 cout <<"the complete file is in a buffer";
 delete[] buffer;
 return 0;
}
//The complete file is in a buffer

緩存和同步(Buffers and Synchronization)

當(dāng)我們對(duì)文件流進(jìn)行操作的時(shí)候，它們與一個(gè)streambuf 類型的緩存(buffer)聯(lián)系在一起。這個(gè)緩存（buffer）實(shí)際是一塊內(nèi)存空間，作為流(stream)和物理文件的媒介。例如，對(duì)于一個(gè)輸出流， 每次成員函數(shù)put (寫一個(gè)單個(gè)字符)被調(diào)用，這個(gè)字符不是直接被寫入該輸出流所對(duì)應(yīng)的物理文件中的，而是首先被插入到該流的緩存（buffer）中。

當(dāng)緩存被排放出來(lái)(flush)時(shí)，它里面的所有數(shù)據(jù)或者被寫入物理媒質(zhì)中（如果是一個(gè)輸出流的話），或者簡(jiǎn)單的被抹掉(如果是一個(gè)輸入流的話)。這個(gè)過(guò)程稱為同步(synchronization)，它會(huì)在以下任一情況下發(fā)生：

      當(dāng)文件被關(guān)閉時(shí): 在文件被關(guān)閉之前，所有還沒(méi)有被完全寫出或讀取的緩存都將被同步。

      當(dāng)緩存buffer 滿時(shí):緩存Buffers 有一定的空間限制。當(dāng)緩存滿時(shí)，它會(huì)被自動(dòng)同步。

      控制符明確指明:當(dāng)遇到流中某些特定的控制符時(shí)，同步會(huì)發(fā)生。這些控制符包括：flush 和endl。

      明確調(diào)用函數(shù)sync() : 調(diào)用成員函數(shù)sync() (無(wú)參數(shù))可以引發(fā)立即同步。這個(gè)函數(shù)返回一個(gè)int 值，等于-1 表示流沒(méi)有聯(lián)系的緩存或操作失敗

在C++中，有一個(gè)stream這個(gè)類，所有的I/O都以這個(gè)“流”類為基礎(chǔ)的，包括我們要認(rèn)識(shí)的文件I/O，stream這個(gè)類有兩個(gè)重要的運(yùn)算符：

1、插入器(<<)

向流輸出數(shù)據(jù)。比如說(shuō)系統(tǒng)有一個(gè)默認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)輸出流(cout)，一般情況下就是指的顯示器，所以，cout

2、析取器(>>)

從流中輸入數(shù)據(jù)。比如說(shuō)系統(tǒng)有一個(gè)默認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)輸入流(cin)，一般情況下就是指的鍵盤，所以，cin>>x;就表示從標(biāo)準(zhǔn)輸入流中讀取一個(gè)指定類型(即變量x的類型)的數(shù)據(jù)。

在C++中，對(duì)文件的操作是通過(guò)stream的子類fstream(file stream)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以，要用這種方式操作文件，就必須加入頭文件fstream.h。

下面就把此類的文件操作過(guò)程一一道來(lái)。

一、打開(kāi)文件

在fstream類中，有一個(gè)成員函數(shù)open() ，就是用來(lái)打開(kāi)文件的，其原型是：

void open(const char* filename,int mode,int access);

參數(shù)：

      filename： 要打開(kāi)的文件名

      mode： 要打開(kāi)文件的方式

      access： 打開(kāi)文件的屬性

打開(kāi)文件的方式在類ios(是所有流式I/O類的基類)中定義，常用的值如下：

      ios::app： 以追加的方式打開(kāi)文件

      ios::ate： 文件打開(kāi)后定位到文件尾，ios:app就包含有此屬性

      ios::binary： 以二進(jìn)制方式打開(kāi)文件，缺省的方式是文本方式。兩種方式的區(qū)別見(jiàn)前文

      ios::in： 文件以輸入方式打開(kāi)

      ios::out： 文件以輸出方式打開(kāi)

      ios::nocreate： 不建立文件，所以文件不存在時(shí)打開(kāi)失敗

      ios::noreplace：不覆蓋文件，所以打開(kāi)文件時(shí)如果文件存在失敗

      ios::trunc： 如果文件存在，把文件長(zhǎng)度設(shè)為0

可以用“或”把以上屬性連接起來(lái)，如ios::out|ios::binary

打開(kāi)文件的屬性取值是：

      0：普通文件，打開(kāi)訪問(wèn)

      1：只讀文件

      2：隱含文件

      4：系統(tǒng)文件

可以用“或”或者“+”把以上屬性連接起來(lái) ，如3或1|2就是以只讀和隱含屬性打開(kāi)文件。

例如：以二進(jìn)制輸入方式打開(kāi)文件c:config.sys

fstream file1;
file1.open("c:config.sys",ios::binary|ios::in,0);

如果open函數(shù)只有文件名一個(gè)參數(shù)，則是以讀/寫普通文件打開(kāi)，即：

file1.open("c:config.sys");<=>file1.open("c:config.sys",ios::in|ios::out,0);

另外，fstream還有和open()一樣的構(gòu)造函數(shù)，對(duì)于上例，在定義的時(shí)侯就可以打開(kāi)文件了：

fstream file1("c:config.sys");

特別提出的是，fstream有兩個(gè)子類：ifstream(input file stream)和ofstream(outpu file stream) ，ifstream默認(rèn)以輸入方式打開(kāi)文件，而ofstream默認(rèn)以輸出方式打開(kāi)文件。

ifstream file2("c:pdos.def");//以輸入方式打開(kāi)文件
ofstream file3("c:x.123");//以輸出方式打開(kāi)文件

所以，在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)需要的不同，選擇不同的類來(lái)定義：如果想以輸入方式打開(kāi)，就用ifstream來(lái)定義；如果想以輸出方式打開(kāi)，就用ofstream來(lái)定義；如果想以輸入/輸出方式來(lái)打開(kāi)，就用fstream來(lái)定義。

二、關(guān)閉文件

打開(kāi)的文件使用完成后一定要關(guān)閉，fstream提供了成員函數(shù)close()來(lái)完成此操作，如：file1.close();就把file1相連的文件關(guān)閉。

三、讀寫文件

讀寫文件分為文本文件和二進(jìn)制文件的讀取，對(duì)于文本文件的讀取比較簡(jiǎn)單，用插入器和析取器就可以了；而對(duì)于二進(jìn)制的讀取就要復(fù)雜些，下要就詳細(xì)的介紹這兩種方式

1、文本文件的讀寫

文本文件的讀寫很簡(jiǎn)單：用插入器(>)從文件輸入。假設(shè)file1是以輸入方式打開(kāi)，file2以輸出打開(kāi)。示例如下：

file2"I Love You";//向文件寫入字符串"I Love You"
int i;
file1>>i;//從文件輸入一個(gè)整數(shù)值。

這種方式還有一種簡(jiǎn)單的格式化能力，比如可以指定輸出為16進(jìn)制等等，具體的格式有以下一些

操縱符 功能 輸入/輸出

dec 格式化為十進(jìn)制數(shù)值數(shù)據(jù) 輸入和輸出

endl 輸出一個(gè)換行符并刷新此流 輸出

ends 輸出一個(gè)空字符 輸出

hex 格式化為十六進(jìn)制數(shù)值數(shù)據(jù) 輸入和輸出

oct 格式化為八進(jìn)制數(shù)值數(shù)據(jù) 輸入和輸出

setpxecision(int p) 設(shè)置浮點(diǎn)數(shù)的精度位數(shù) 輸出

比如要把123當(dāng)作十六進(jìn)制輸出：file1<<hex<<123;要把3.1415926以5位精度輸出：file1<<setpxecision(5)<<3.1415926。

2、二進(jìn)制文件的讀寫

①put()

put()函數(shù)向流寫入一個(gè)字符，其原型是ofstream &put(char ch) ，使用也比較簡(jiǎn)單，如file1.put(‘c');就是向流寫一個(gè)字符'c'。

②get()

get()函數(shù)比較靈活，有3種常用的重載形式：

一種就是和put()對(duì)應(yīng)的形式：ifstream &get(char &ch);功能是從流中讀取一個(gè)字符，結(jié)果保存在引用ch中，如果到文件尾，返回空字符。如file2.get(x);表示從文件中讀取一個(gè)字符，并把讀取的字符保存在x中。

另一種重載形式的原型是： int get();這種形式是從流中返回一個(gè)字符，如果到達(dá)文件尾，返回EOF，如x=file2.get();和上例功能是一樣的。

還 有一種形式的原型是：ifstream &get(char *buf,int num,char delim='n')；這種形式把字符讀入由 buf 指向的數(shù)組，直到讀入了 num 個(gè)字符或遇到了由 delim 指定的字符，如果沒(méi)使用 delim 這個(gè)參數(shù)，將使用缺省值換行符'n'。

例如：

file2.get(str1,127,'A');//從文件中讀取字符到字符串str1，當(dāng)遇到字符'A'或讀取了127個(gè)字符時(shí)終止。

③讀寫數(shù)據(jù)塊

要讀寫二進(jìn)制數(shù)據(jù)塊，使用成員函數(shù)read()和write()成員函數(shù)，它們?cè)腿缦拢?/p>

read(unsigned char *buf,int num);
write(const unsigned char *buf,int num);

read() 從文件中讀取 num 個(gè)字符到 buf 指向的緩存中，如果在還未讀入 num 個(gè)字符時(shí)就到了文件尾，可以用成員函數(shù) int gcount();來(lái)取得實(shí)際讀取的字符數(shù)；而 write() 從buf 指向的緩存寫 num 個(gè)字符到文件中，值得注意的是緩存的類型是 unsigned char *，有時(shí)可能需要類型轉(zhuǎn)換。

例：

unsigned char str1[]="I Love You";
int n[5];
ifstream in("xxx.xxx");
ofstream out("yyy.yyy");
out.write(str1,strlen(str1));//把字符串str1全部寫到y(tǒng)yy.yyy中
in.read((unsigned char*)n,sizeof(n));
//從xxx.xxx中讀取指定個(gè)整數(shù)，注意類型轉(zhuǎn)換
in.close();out.close();

四、檢測(cè) EOF

成員函數(shù)eof()用來(lái)檢測(cè)是否到達(dá)文件尾，如果到達(dá)文件尾返回非0值，否則返回0。原型是int eof();

例：

if(in.eof())ShowMessage("已經(jīng)到達(dá)文件尾！");

五、文件定位

和 C的文件操作方式不同的是，C++ I/O系統(tǒng)管理兩個(gè)與一個(gè)文件相聯(lián)系的指針。一個(gè)是讀指針，它說(shuō)明輸入操作在文件中的位置；另一個(gè)是寫指針，它下次寫操作的位置。每次執(zhí)行輸入或輸出時(shí)， 相應(yīng)的指針自動(dòng)變化。所以，C++的文件定位分為讀位置和寫位置的定位，對(duì)應(yīng)的成員函數(shù)是 seekg()和 seekp() ， seekg()是設(shè)置讀位置，seekp是設(shè)置寫位置。它們最通用的形式如下：

istream &seekg(streamoff offset,seek_dir origin);
ostream &seekp(streamoff offset,seek_dir origin);

streamoff定義于 iostream.h 中，定義有偏移量 offset 所能取得的最大值，seek_dir 表示移動(dòng)的基準(zhǔn)位置，是一個(gè)有以下值的枚舉：

      ios::beg： 文件開(kāi)頭

      ios::cur： 文件當(dāng)前位置

      ios::end： 文件結(jié)尾

這兩個(gè)函數(shù)一般用于二進(jìn)制文件，因?yàn)槲谋疚募?huì)因?yàn)橄到y(tǒng)對(duì)字符的解釋而可能與預(yù)想的值不同。

例：

file1.seekg(1234,ios::cur);//把文件的讀指針從當(dāng)前位置向后移1234個(gè)字節(jié)
file2.seekp(1234,ios::beg);//把文件的寫指針從文件開(kāi)頭向后移1234個(gè)字節(jié)

總結(jié)

以上就是這篇文章的全部?jī)?nèi)容了，希望本文的內(nèi)容對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作能帶來(lái)一定的幫助，如果有疑問(wèn)大家可以留言交流。