C++文件操作（1）

C++也有处理文件的能力，其功能实现依赖文件流。文件流是C++中用来处理文件输入输出的一种流类。文件流可以用于从文件中读取数据或将数据写入到文件中。C++中的文件流类包括ifstream（用于从文件中读取数据）、ofstream（用于向文件中写入数据）和fstream（用于同时读取和写入文件）。这些文件流类提供了一组成员函数，可以用来打开、关闭、读取和写入文件。使用文件流可以方便地进行文件操作，如读取文件内容、写入数据到文件中等。这里我们主要学习文件的处理方法，想要深度了解文件流的小伙伴可以在学完本节之后再补充相关知识。

1.文本的写入及读取

字符串文件是C++经常处理的一种文件类型，其依赖为i/ostream和fstream类。

文本文件写入

我们看一个向文件中写入内容的例子：

#include

#include
#include

#include 
using std::string;
using namespace std;
int main()
{
    string filename="test.txt"; // 文件名
    ofstream mytest; // 使用ofstream创建文件输出流对象，名字自拟
    mytest.open(filename); // 打开文件
    // 向文件中写入数据
    mytest<<"这是一个测试\n"<<"我们尝试连续输入内容\n";
    mytest<<"继续测试";
    // 关闭文件
    mytest.close();
}

在这段代码中，filename定义了一个文件名，我们尝试使用文件流打开文件，当当前路径下存在文件时，这段代码会截断文件，即打开文件后删除文件内容，重新进行写入操作，当文件不存在时，会在当前路径下创建文件并写入内容。运行这段代码会在.cpp文件路径下产生一个.txt文件：

虽然操作成功了，但是这样的做法存在不足和风险，比如我们在打开或创建文件时应当给出文件的确切位置，不应该只让它生成在.cpp文件的路径下；在使用文件之前应当判断文件是否成功打开。
为了解决以上不足，我们先详细了解一下ofstream输出流。ofstream创建了文件输出流对象，而open函数可以带有两个参数，即文件及路径和打开方式。文件的绝对路径有以下写法：

R"(C:\data…\test.txt)" （C++11标准）
“C:\data\…\text.txt”
“C:/data/…/text.txt”

其次，文件的打开方式可以这样规定：

ios::out 截断文件内容打开文件，为参数默认值
ios::truck 截断文件内容，类似于ios::out
ios::app 在文件后添加内容

我们再来测试一下：

int main()
{
    ofstream mytest;
    mytest.open("E:\\c++\\class3start11\\test.txt",ios::app);
    // 使用ios::app 在文件后添加内容
    // 向文件中写入数据
    mytest<<"这是一个测试\n"<<"我们尝试连续输入内容\n";
    // 关闭文件
    mytest.close();
}

再打开文件其内容就变成了：

此外，文件也不是一定能打开文件的情况，通常情况下无法正常打开文件的情况有：

1.目录不存在
2.磁盘空间已满
3.没有权限（linux系统下常见）

应对这种情况，我们可以使用mytest.is_open()来判断文件是否成功打开：

int main()
{
    ofstream mytest("test.txt",ios::app); // 在创建文件输出流对象时直接提供路径和打开方式参数，
                                          // 不需要再使用open进行打开
    if(mytest.is_open()) // 判断文件是否成功打开
    {
        mytest<<"这是一个测试\n"<<"我们尝试连续输入内容\n";
        // 关闭文件
        mytest.close();
        return 0;
    }
    else
    {
        cout<<"打开文件失败"<<endl;
        return 0;
    }
}

作为演示内容，我们就不写完整路径了。

文本文件读取

读取文本文件内容需要用ifstream输出流进行操作，其参数也是两个，文件名和打开方式。打开方式只能使用使用in：

int main()
{
    // 读取文件参数只有iOS::in
    ifstream mytest("test.txt",ios::in); // 用输入流打开文件，读取文件内容
    if(mytest.is_open())
    {
        cout<<"打开文件成功"<<endl;
        return 0;
    }
}

而后就要读取文件内容了。读取文件内容使用函数getline。getline函数有两个参数，即输出流对象和用于存储读取信息的变量。getline会按行读取文件内容，并返回是否读取成功。它很多重载，但常用的主要有两种方式：

if(mytest.is_open())
{
    string out; // 定义字符串类型out用于接收文件内容
    while(getline(mytest,out)) // 将当前行内容存入out，当前行没有内容时返回值为false
    {
        cout<<out<<endl;  
    }
    // 关闭文件
    mytest.close();
}
else
{
	cout<<"打开文件失败！"<<endl;
}

这样就可以在终端看到执行效果：

当然，这种用法还有一种比较简单的变种：

int main()
{
    // 读取文件参数只有iOS::in
    ifstream mytest("test.txt",ios::in);
    // 打开文件失败的原因：1.文件不存在2.目录不存在3.没有权限
    if(mytest.is_open())
    {
        string out;
	    while(mytest>>out)
	    {
	        cout<<out<<endl;  
	    }
	    // 关闭文件
	    mytest.close();
    }
    else
    {
		cout<<"打开文件失败"<<endl;
        return 0;
	}
}

这种方式使用起来更简单，我们记住就好。
另外，使用C风格字符串也可以接收文件内容，需要用到另一个getline函数的重载：

int main()
{
    ifstream mytest; 
    mytest.open("test.txt",ios::in)
    if(mytest.is_open())
    {
        char out[21]; // 三个字符存储一个汉字
        // 读取文件一般要用getline函数一行一行读
        while(mytest.getline(out,20)) // getline的一个重载，第一个参数为记录文件内容的字符串名，第二个参数是这个字符串最大下标
        // 如果字符数组不能够存下某行数据，会在对应处直接终止运行退出程序。
        {
            cout<<out<<endl;
        }
    }
    else
    {
        cout<<"打开文件失败"<<endl;
        return 0;
    }
    // 关闭文件
    mytest.close();
}

这个例子中，我们使用的C类型字符串最多可以存储的汉字只有7个，当遇到一行超过7个汉字的情况，会立刻终止运行，但不会报错。如果我们扩大数组的大小（由于换行符的存在，这里至少需要设置成31）就可以完整读取了。但实际中如果遇到这种情况并不好处理，在不知道文本内容的时候，设置足够大的字符数组较难做到，况且如果字符数组设置过大，又会浪费空间，因此这种用法并不推荐。

2.二进制文件的写入及读取

文本文件的读写方便实用，其特点为每个字符都有实际意义，但只能用于处理字符串类型。在实际使用中，很多时候我们需要存取更复杂的类型，比如结构体、整形、图片等，这些内容用字符串处理并不方便。计算机的世界里，只有0和1两个数字，任何数据本质上都是由二进制数描述的，因此如果我们使用二进制对文件进行存取，理论上就可以处理所有文件和数据。C++也为我们提供了这样的存取方法。

二进制文件写入

使用二进制处理文件首先也是要用ofstream创建输出流对象，打开文件时也要额外说明使用二进制方式打开。写入的过程需要使用write函数，具体使用方法示例如下：

// 定义一个需要记录数据的基本结构，也可以使用自定义类或C++基本数据类型
struct Student
{
    char name[32];
    int age;
    char sex;
};
int main()
{
    ofstream mytest("test.doc",ios::binary);
    // 需要再打开方式后面加上binary用于告诉计算机使用二进制方式打开
    // 这里的ios::out可以省略
    if(mytest.is_open())
    {
        Student child={"ZhangSan",15,'m'}; // 
        // 写入文件需要使用write函数
        mytest.write((const char*)&child,sizeof(Student));
        child=Student{"LiSi",20,'m'}; // 重载child，因为child变量之前已经赋值，因此不能直接初始化
        mytest.write((const char*)&child,sizeof(Student)); // 参数为需写入内容的地址（C++要求使用const char*），需写入内容的大小
        
    }
    else
    {
        cout<<"打开文件失败"<<endl;
        return 0;
    }
    // 关闭文件
    mytest.close();
}

这样我们就可以得到一个doc文件了：

但是它的内容是乱码的，这是因为二进制存储文件是按字节有效的，如果我们不知道存储的方式，是不能够正确解码的。

二进制文件读取

当我们知道数据的具体存储方式时，就可以编写程序查看存储的实际内容了。上例中，我们知道test.doc文件存储的数据是Student结构体，也就可以对它进行解码并查看内容了：

int main()
{
    ifstream mytest("test.doc",ios::in|ios::binary); // 读取二进制文件
    if(mytest.is_open())
    {
        // 二进制文件打开后需要用正确的接收格式接收
        Student child;
        // 二进制文件以数据类型的方式组织数据，没有换行的说法
        // mytest.read((char*)&ZhangSan,sizeof(Student)) 一次只能读取一个结构体数据
        while(mytest.read((char*)&child,sizeof(Student)))
        {
            cout<<child.name<<" "<<child.age<<" "<<child.sex<<endl;
        }
    }
    else
    {
        cout<<"打开文件失败"<<endl;
        return 0;
    }
    
    // 关闭文件
    mytest.close();
}
// 输出为：ZhangSan 15 m
//        LiSi 20 m

这里需要注意几点问题：
1.由于C++中string类型内存布局具有不确定性，因此可能会影响二进制文件的读取，建议使用字符数组存储字符串；
2.一个结构体变量只能初始化一次，想要修改变量内容可以使用赋值或重载的方式；
3.C++处理文本文件时以换行符作为读取内容分隔符，getline函数也是在读取到第一个换行符时返回。二进制文件中换行符只被视为二进制数据，文件读取时以数据块作为分隔。

3.小结

这节主要介绍了C++处理文本文件和二进制文件的部分方法，由于篇幅原因，我们只提到了较为常见的函数和用法。后面的学习中我会继续对文件操作进行补充。