这样的文件操作有点玄——文件流学习 ( 三 )

这次，我们要讨论一个更加灵活的文件形式：二进制文件

---

首先，明确概念

文件的基本概念：
C++文件 (file) 分为两类：二进制文件和文本文件
文本文件由字符序列组成，也称ASCII文件。在文本文件中存取的最小信息单位为字符 (character) 。
二级制文件中存取的最小信息单位为字节 (Byte) 。
C++把每一个文件都看作一个有序的字节流，每一个文件或者以文件结束符 (EOF) 结束，或者在特定的字节号处结束。

---

其次，解决一下历史遗留问题

我们在上一次的学习中提出了这样的问题：

在Windows平台下，如果以 " 文本 " 方式打开文件
当读取文件时，系统会将所有的 \r\n 转换成 \n
当写入文件时，系统会将 \n 转换成 \r\n 写入，在文本中占据两个字节
如果以 " 二进制 " ( binary ) 方式打开文件，则读&&写都不会进行这样的转换

由这个现象引申出来的问题，实际上非常的深奥
在对文本文件的操作中，我们一般使用标准输入输出流进行读写

#include
#include
using namespace std;

int main()
{
	ofstream fout("database.dat",ios::out);
	int num=150;
	char name[]="John Doe";
	fout<<num<<"\n";
	fout<<name<<"\n";
	fout.close();

	ifstream fin("database.dat",ios::in);
	int num2;
	char name2[20];
	fin>>num2;
	fin.ignore();   // ignore the space between num and name
	fin.getline(name2,'\n');   // get the space
	fin.close();

	cout<<"Name: "<<name2<<endl;
	system("pause");
	return 0;
}

// Output
Name: John Doe

这里强调一下利用seekg直接定位的语法：

• seekg(n)中的参数n表示指针偏移量：指针从当前位置向后偏移的数量，指针默认为ios::beg（文件开头），所以seekg(n)的效果显示在文件中为：指针停在第n+1个字符
• 如果以 " 文本 " 方式打开文件， 当写入文件时，系统会将 \n 转换成 \r\n 写入，在文本中占据两个字节

ifstream fin("database.dat",ios::in);
int num2;
char name2[20];
fin.seekg(5);
fin.getline(name2,'\n');
fin.close();

文本文件的讨论先到这里，下面要开始研究令人头大的二进制文件了

我们先做一个简单的实验，将开篇的输入文件设置为二进制文件：

#include
#include
using namespace std;

int main()
{
	ofstream fout("database.dat",ios::binary|ios::out);  //ios::binary
	int num=150;
	char name[]="John Doe";
	fout<<num<<"\n";
	fout<<name<<"\n";
	fout.close();

	ifstream fin("database.dat",ios::binary|ios::in);   //ios::binary
	int num2;
	char name2[20];
	fin.seekg(5);
	fin.getline(name2,'\n');
	fin.close();

	cout<<"Name: "<<name2<<endl;
	system("pause");
	return 0;
}

// Output
Name: ohn Doe

咦？出问题了？

第一个问题：
二级制文件中存取的最小信息单位为字节 (Byte) ，即8位二进制，那么150应该是不会超过一个字节。之后name中的每一个字母在计算机中都会占据一个字节。但是我们在使用标准输入输出流对二进制文件进行读写时，经过特殊重载后的 << 会将int类型的150变成一个字符串 " 150 "，占据三个字节。

第二个问题：
明白了第一个问题之后，我们执行 seekg(5) ，指针却停在了 o，明明在文本文件中正确定位了啊？
打开文件看一下，好像没什么问题啊：

怎么解释？

如果以 " 二进制 " ( binary ) 方式打开文件
则读&&写并不会使 \n 和 \r\n 互相转化，写入回车符在二进制文本中仅占一位
TIP. " \n " 和 " endl " 的效果一样

到目前为止，我们都是使用标准输入输出流对文件进行读写
实际上，二进制文件的处理，有特殊的读写操作：read & write

#include
#include
using namespace std;

int main()
{
	ofstream fout("database.dat",ios::binary|ios::out);  //ios::binary
	int num=150;
	char name[]="John Doe";
	fout.write(reinterpret_cast<const char*>(&num),sizeof(num));
	fout.write(name,sizeof(name));
	fout.close();

	ifstream fin("database.dat",ios::binary|ios::in);  //ios::binary
	int num2;
	char name2[20];
	fin.read(reinterpret_cast<char*>(&num2),sizeof(num2));
	fin.getline(name2,'\n');
	fin.close();

	cout<<"Number: "<<num2<<endl;
	cout<<"Name: "<<name2<<endl;
	system("pause");
	return 0;
}

// Output
Number: 150
Name: John Doe

看一下输出文件：

可以看到，使用二进制文件标准的read和write之后，int类型的150被强制转换成了一个字符类型的指针
当肉眼观察文件时，我们发现了一个乱码，这个乱码实际上是原先数据转换成二进制形式后的结果
关于这两个特殊的成员函数，我们会在下面的学习中重点讲解，不过要牢记：

二进制文件进行读写时，推荐使用 read 和 write

---

经过之前乱七八糟的讲述，我们实际上已经对二进制文件有了基本的了解，下面就不能继续天马行空的乱来了：

向二进制文件中写数据

我们使用write成员函数向二进制文件中写数据
函数原型：

streamObject.write(char *address, int size);

• 功能：将内存中某处的若干字节，转移到输出流中
• 第一个参数：常量指针 const char * ，指向内存中的字节
• 第二个参数：整型 int，限定需要写入文件的字节大小

outFile.write(reinterpret_cast<const char*>(&number),sizeof(number));

Operator reinterpret_cast

强制转换指针到另一个无联系的类型，常应用于指针和int类型之间的转化
复制比特，不会造成数据的损失，而是对该对象从位模式上进行重新解释
函数原型：reinterpret_cast(address)
address是输出数据的起始地址
dataType是希望转出的数据类型

---

从二进制文件中读数据

我们使用read员函数从二进制文件中读数据

streamObject.read(char *address,int size);

• 功能：从当前打开的文件中提取若干字节，转移到对象中
• 第一个参数：常量指针 char * ，指向内存中的某对象
• 第二个参数：整型 int，限定需要读取文件的字节大小

infile.read(reinterpret_cast<char *>(&value),sizeof(value));

int main() 
{
    int num=0x00636261; //用16进制表示32位int,0x61是字符'a'的ASCII码 
    int *pnum=# 
    char *pstr=reinterpret_cast<char *>(pnum); 
    cout<<"pnum指针的值: "<<pnum<<endl; 
    cout<<"pstr指针的值: "<<static_cast<void *>(pstr)<<endl; 
    //直接输出pstr会输出其指向的字符串,这里的类型转换是为了保证输出pstr的值 
    cout<<"pnum指向的内容: "<<hex<<*pnum<<endl; 
    cout<<"pstr指向的内容: "<<pstr<<endl; 
    return 0;
}

// Output
pnum指针的值: 00FCFF00
pstr指针的值: 00FCFF00
pnum指向的内容: 636261
pstr指向的内容: abc

---

下面就看一个简单的栗子：

// ClientData.h
#ifndef CLIENTDATA_H 
#define CLIENTDATA_H 

#include 
using std::string; 

class ClientData{ 
public: 
     // default ClientData constructor 
     ClientData(int =0,string ="",string ="",double =0.0); 
     // accessor functions for accountNumber 
     void setAccountNumber(int); 
     int getAccountNumber() const; 
     // accessor functions for lastName 
     void setLastName(string); 
     string getLastName() const;
     // accessor functions for firstName 
     void setFirstName(string); 
     string getFirstName() const; 
     // accessor functions for balance
     void setBalance(double);
     double getBalance() const;
private: 
     int accountNumber;
     char lastName[15];
     char firstName[10];
     double balance; 35 
}; // end class ClientData

#endif  

// ClientData.cpp 
#include 
#include"ClientData.h" 
using std::string; 

// default ClientData constructor 
ClientData::ClientData(int accountNumberValue,string lastNameValue,string firstNameValue,double balanceValue) { 
    setAccountNumber(accountNumberValue);
    setLastName(lastNameValue); 
    setFirstName(firstNameValue);  
    setBalance(balanceValue); 
} // end ClientData constructor 

int ClientData::getAccountNumber() const {return accountNumber;} 

void ClientData::setAccountNumber(int accountNumberValue) {accountNumber=accountNumberValue;}

string ClientData::getLastName() const {return lastName;} 

void ClientData::setLastName(string lastNameString) { 
     const char *lastNameValue=lastNameString.data();
     int length=lastNameString.size();
     length=(length<15 ? length:14); 
     strncpy(lastName,lastNameValue,length); 
     
     lastName[length]='\0'; // append null character to lastName 
     // 注意这里一定不要忘记添加结束符
 } 

string ClientData::getFirstName() const {return firstName;}

void ClientData::setFirstName(string firstNameString) {
    const char *firstNameValue=firstNameString.data(); 
    int length=firstNameString.size();
    length=(length<10 ? length:9);
    strncpy(firstName,firstNameValue,length);
    firstName[length]='\0'; // append null character to firstName
    // 注意这里一定不要忘记添加结束符
 }  

double ClientData::getBalance() const {return balance;}

void ClientData::setBalance(double balanceValue) {balance=balanceValue;}

// Test.cpp 
#include 
#include   
#include
#include"ClientData.h"
using namespace std;
 
int main() 
{ 
    ofstream outCredit("credit.dat",ios::out|ios::binary);
    if (!outCredit) { 
         cerr<<"File could not be opened."<<endl;
         exit(1);
    }
    ClientData blankClient;
    for (int i=0;i<100;i++) 
        outCredit.write(reinterpret_cast<const char *>(&blankClient),sizeof(ClientData));                                               
    return 0;
} 

注：

二进制文件不可以存储指针
因为在读取二进制文件里的指针时，该指针原来指向的内存地址已经被回收了（无意义）

---

之前我们的读写都是顺序操作
下面我们要考虑如何定点操作

随机修改文件中数据

一般的文本文件很难修改已经写入的数据
但是二进制文件以字节为单位，就可以实现在一定程度上的随机修改
特别是文本中存储的是对象时，文件中的每个对象都会封装成一个整体，大小是类中定义的内存大小（已知），如此可以计算每个对象所处的字节位置，实现定位

• 随机向文件中写入数据
  • 打开指定文件
    • 声明一个fstream对象
    • 文件打开方式声明为 ios::in|ios::out|ios::binary
  • 使用成员函数 seekp 将写指针定位到正确位置：(n–1)*sizeof(Class)
  • 使用成员函数 write 写入数据

#include 
#include
#include
#include
#include"ClientData.h"
using namespace std;

int main()
{ 
    int accountNumber;  
    char lastName[15]; 
    char firstName[10]; 
    double balance; 

    fstream outCredit("credit.dat",ios::in|ios::out|ios::binary);
    if (!outCredit) 
    { 
         cerr<<"File could not be opened."<<endl;
         exit(1);
    }
    cout<<"Enter account number (1 to 100, 0 to end input)\n? ";
    ClientData client;
    cin>>accountNumber;
    while (accountNumber>0 && accountNumber<=100) {
        cout<<"Enter lastname, firstname, balance\n? ";
        cin>>setw(15)>>lastName;
        cin>>setw(10)>>firstName;
        cin>>balance;
        client.setAccountNumber(accountNumber);      
        client.setLastName(lastName); 
        client.setFirstName(firstName); 
        client.setBalance(balance);

        // seek position in file of user-specified record
        outCredit.seekp((client.getAccountNumber()-1)*sizeof(ClientData));
        
        // write user-specified information in file
        outCredit.write(reinterpret_cast<const char *>(&client),sizeof(ClientData));

        cout<<"Enter account number\n? ";
        cin>>accountNumber;
    } 
    return 0; 
} 

---

分块读取文件中数据

streamObject.read(char *address,int size);

• 第一个参数：常量指针 const char * ，指向内存中的某对象
• 第二个参数：整型 int，限定需要读取文件的字节大小

#include 
#include
#include
#include
#include"ClientData.h"

void outputLine(ostream &output,const ClientData &record) { 
    output<<left<<setw(10)<<record.getAccountNumber() 
          <<setw(16)<<record.getLastName() 
          <<setw(11)<<record.getFirstName() 
          <<setw(10)<<setprecision(2)<<right<<fixed<<showpoint<<record.getBalance()<<endl; 
} 

int main() 
{
    ifstream inCredit("credit.dat",ios::in|ios::binary);
    if (!inCredit) {
        cerr<<"File could not be opened."<<endl;
        exit(1); 
    }
    cout<<left<<setw(10)<<"Account"
        <<setw(16)<<"Last Name"
        <<setw( 11 )<<"First Name"
        <<left<<setw(10)<<right<<"Balance"<<endl;
    ClientData client;
    inCredit.read(reinterpret_cast<char *>(&client),sizeof(ClientData));
    while (inCredit && !inCredit.eof()) {
        if (client.getAccountNumber()!= 0)
            outputLine(cout,client);
        inCredit.read(reinterpret_cast<char *>(&client),sizeof(ClientData));
    }
    return 0;
}