C++开发基础之文件操作

一、前言

C++ 是一种功能强大的编程语言，它提供了丰富的文件操作功能，可以用于读取、写入和处理文件。在本文中，我们将介绍 C++ 中文件操作的基础知识，包括读写文件和一些常见的文件操作。

二、包含头文件

在 C++ 文件操作中，我们首先需要包含 和 头文件，它们提供了文件输入输出的功能。

#include 
#include 

在 C++ 中，头文件（Header Files）是一种用于包含函数、类和变量声明的文件。它们通常包含函数原型、类定义、常量和宏定义等内容。头文件的主要目的是将这些声明和定义分离到一个单独的文件中，以便在多个源代码文件中重复使用。

头文件

是 C++ 标准库中的头文件，它提供了标准的输入输出流对象和相应的操作符，使我们能够进行输入和输出操作。它定义了 std::cin、std::cout 和 std::cerr 等对象，以及 >>、<< 等操作符。

• std::cin：用于从标准输入读取数据。
• std::cout：用于向标准输出打印数据。
• std::cerr：用于向标准错误输出打印数据。

通过包含 头文件，我们可以使用这些对象和操作符来进行输入和输出操作，例如：

#include 

int main() {
    int num;
    std::cout << "Enter a number: ";
    std::cin >> num;
    std::cout << "You entered: " << num << std::endl;

    return 0;
}

头文件

是 C++ 标准库中的头文件，它提供了用于文件输入输出的类和相关函数。使用 头文件，我们可以创建文件流对象，打开、读写文件，并进行其他文件操作。

头文件定义了三个主要的文件流类：

• std::ifstream：用于从文件中读取数据的输入流对象。
• std::ofstream：用于向文件中写入数据的输出流对象。
• std::fstream：用于读写文件的输入输出流对象。

通过包含 头文件，我们可以使用这些类来进行文件操作，例如：

#include 

int main() {
    std::ofstream outputFile;
    outputFile.open("example.txt");

    if (outputFile.is_open()) {
        outputFile << "Hello, World!" << std::endl;
        outputFile.close();
    } else {
        std::cout << "Unable to open the file." << std::endl;
    }

    return 0;
}

在上面的示例中，我们使用 std::ofstream 类创建了一个输出流对象 outputFile，然后使用 open() 方法打开一个名为 “example.txt” 的文件，将文本写入文件，最后使用 close() 方法关闭文件。

三、基本功能

写入文件

通过 ofstream 类，我们可以将数据写入到文件中。下面是 ofstream 类的基本用法：

1. 包含头文件和命名空间

#include 
using namespace std;

2. 创建 ofstream 对象并打开文件

ofstream outputFile;
outputFile.open("example.txt");

在上述代码中，我们创建了一个名为 outputFile 的 ofstream 对象，并使用 open() 方法打开了一个名为 “example.txt” 的文件。如果文件不存在，则会创建一个新的文件。

3. 写入数据到文件

outputFile << "Hello, World!\n";
outputFile << "This is a line of text.\n";

通过使用 << 运算符，我们可以将数据写入文件。在上述代码中，我们向文件写入了两行文本。

4. 关闭文件

outputFile.close();

在操作完成后，务必使用 close() 方法关闭文件。这样可以确保文件操作被正确保存并释放相关资源。

完整示例：

#include 
using namespace std;

int main() {
    ofstream outputFile;
    outputFile.open("example.txt");

    if (outputFile.is_open()) {
        outputFile << "Hello, World!\n";
        outputFile << "This is a line of text.\n";
        outputFile.close();
    } else {
        cout << "Unable to open the file.\n";
    }

    return 0;
}

上述示例中，我们通过 ofstream 类将两行文本写入了名为 “example.txt” 的文件中。如果文件成功打开，则将文本写入文件并关闭文件；否则输出错误信息。

需要注意的是，如果文件不存在，open() 方法会创建一个新的文件。如果文件已经存在，那么 open() 方法将会清空文件中的内容，并从头开始写入新的数据。如果想在已有文件的结尾处追加数据而不是覆盖文件内容，则可以使用 open() 方法的第二个参数来指定打开模式，例如 outputFile.open("example.txt", ios::app)。

读取文件

在 C++ 中，可以使用 ifstream 类来读取文件内容。ifstream 是 头文件中定义的一部分，它提供了用于创建和操作输入文件流的功能。

下面是一个使用 ifstream 类读取文件内容的简单示例：

#include 
#include 

int main() {
    std::ifstream inputFile("example.txt");

    if (inputFile.is_open()) {
        std::string line;
        while (std::getline(inputFile, line)) {
            std::cout << line << std::endl;
        }

        inputFile.close();
    } else {
        std::cout << "Unable to open the file." << std::endl;
    }

    return 0;
}

在上述示例中，我们创建了一个名为 inputFile 的 ifstream 对象，并指定要打开的文件名为 “example.txt”。如果成功打开文件，则可以使用 getline() 函数逐行读取文件内容。

使用 getline(inputFile, line)，将每行的内容读取到字符串变量 line 中。然后我们将其输出到控制台。

最后，我们关闭文件使用 close() 方法。如果无法打开文件，则输出错误消息 “Unable to open the file.”。

需要注意的是，在读取文件之前，确保文件 “example.txt” 存在且可读取。否则会出现无法打开文件的错误。

其他文件操作

除了读取和写入文件之外，C++ 还提供了其他一些常用的文件操作，例如判断文件是否存在、删除文件等。下面是一些常见的文件操作示例：

1. 判断文件是否存在
可以使用 ifstream 类来判断文件是否存在。如果 open() 方法成功打开了文件，则可以认为文件存在；否则，文件不存在或无法打开。

#include 
#include 

int main() {
    std::ifstream inputFile("example.txt");

    if (inputFile) {
        std::cout << "File exists." << std::endl;
        inputFile.close();
    } else {
        std::cout << "File does not exist." << std::endl;
    }

    return 0;
}

2. 删除文件
可以使用 C++ 的 remove() 函数来删除文件。需要包含 头文件。

#include 

int main() {
    const char* filename = "example.txt";

    if (std::remove(filename) != 0) {
        std::cout << "Unable to delete the file." << std::endl;
    } else {
        std::cout << "File deleted successfully." << std::endl;
    }

    return 0;
}

3. 重命名文件
可以使用 C++ 的 rename() 函数来重命名文件。需要包含 头文件。

#include 

int main() {
    const char* oldName = "old.txt";
    const char* newName = "new.txt";

    if (std::rename(oldName, newName) != 0) {
        std::cout << "Unable to rename the file." << std::endl;
    } else {
        std::cout << "File renamed successfully." << std::endl;
    }

    return 0;
}

4. 复制文件
C++ 标准库本身没有提供直接的文件复制函数，但可以通过打开源文件和目标文件，逐个字节或一次多个字节地读取源文件内容，并将其写入目标文件来实现文件复制。

#include 
#include 

int main() {
    std::ifstream source("source.txt", std::ios::binary);
    std::ofstream destination("destination.txt", std::ios::binary);

    if (!source || !destination) {
        std::cout << "Unable to open the file." << std::endl;
        return 1;
    }

    char ch;
    while (source.get(ch)) {
        destination.put(ch);
    }

    source.close();
    destination.close();

    std::cout << "File copied successfully." << std::endl;

    return 0;
}

在上述示例中，我们打开一个源文件和一个目标文件，并使用 get() 和 put() 方法逐字节地从源文件读取内容并写入目标文件。最后，关闭两个文件并输出复制成功的消息。

四、高级用法

本地文件流操作

文件流操作是 C++ 中用于读取和写入文件的重要机制，通过文件流可以实现对文件的输入和输出操作。在 C++ 中，文件流主要包括以下几种类型：

1. ifstream（输入文件流）：用于从文件中读取数据的输入文件流。可以通过 ifstream 类来创建并操作输入文件流，常用于读取文件内容。

2. ofstream（输出文件流）：用于将数据写入文件的输出文件流。可以通过 ofstream 类来创建并操作输出文件流，常用于向文件中写入数据。

3. fstream（文件流）：结合了输入和输出功能的文件流。可以通过 fstream 类来创建并操作文件流，既可以读取文件内容，也可以向文件中写入数据。

这些文件流类都是从 ios_base 类继承而来的，并提供了一系列用于文件操作的方法和成员函数。下面是一些常见的文件流操作方法：

• open()：打开文件。可以使用 open() 方法指定要打开的文件名和打开模式（如读取、写入等）。
• close()：关闭文件。使用 close() 方法关闭文件流，释放资源。
• is_open()：判断文件是否打开。可以使用 is_open() 方法检查文件流是否成功打开。
• good()、fail()、bad()、eof()：用于检查文件流的状态，如是否出错、是否到达文件末尾等。
• getline()：从文件中逐行读取数据。
• get()、put()：逐字符读取和写入数据。
• seekg()、seekp()：定位文件读写位置。
• tellg()、tellp()：获取当前文件读写位置。
• operator<<、operator>>：重载运算符用于文件流的输出和输入操作。

下面是一个简单的示例代码，演示如何在本地进行文件读取和写入的操作：

#include 
#include 

void readFile(const std::string& filePath) {
    std::ifstream file(filePath);
    if (!file.is_open()) {
        std::cerr << "Failed to open file for reading." << std::endl;
        return;
    }

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

    file.close();
}

void writeFile(const std::string& filePath, const std::string& content) {
    std::ofstream file(filePath);
    if (!file.is_open()) {
        std::cerr << "Failed to open file for writing." << std::endl;
        return;
    }

    file << content;

    file.close();
    std::cout << "File written successfully." << std::endl;
}

int main() {
    std::string filePath = "example.txt";
    std::string content = "Hello, World!";

    writeFile(filePath, content);
    readFile(filePath);

    return 0;
}

通过以上示例代码，可以使用std::ifstream来打开文件并读取其中的内容，使用std::ofstream来创建并写入文件。在读取文件时，使用std::getline来逐行读取文件内容，并在控制台输出；在写入文件时，使用<<操作符将内容写入文件。

网络文件流操作

libcurl 是一个开源的跨平台网络传输库，主要用于支持各种协议的数据传输，包括 HTTP、HTTPS、FTP、FTPS、SCP、SFTP 等。它提供了一组易于使用的 API，能够在应用程序中实现网络文件传输、下载和上传等功能。

文件上传

以下是一个简单的示例代码，演示如何使用 libcurl 库来实现文件上传功能：

#include 
#include 

int main() {
    CURL* curl;
    CURLcode res;

    FILE* file = fopen("local_file.txt", "rb");
    if (!file) {
        std::cerr << "Failed to open local file for reading." << std::endl;
        return 1;
    }

    curl = curl_easy_init();
    if (curl) {
        curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_URL, "http://www.example.com/upload.php");
        curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_UPLOAD, 1L);
        curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_READDATA, file);
        curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_READFUNCTION, NULL); // Set to NULL to use default read function
        curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_INFILESIZE_LARGE, (curl_off_t)-1);

        res = curl_easy_perform(curl);

        if (res != CURLE_OK) {
            std::cerr << "Failed to upload file: " << curl_easy_strerror(res) << std::endl;
        } else {
            std::cout << "File uploaded successfully." << std::endl;
        }

        curl_easy_cleanup(curl);
    }

    fclose(file);

    return 0;
}

在文件上传示例中，我们首先打开本地文件以供读取，然后初始化 libcurl，并设置相应的选项（例如 URL、上传标志等）。最后执行 curl_easy_perform 函数来执行文件上传操作。

文件下载

以下是一个简单的示例代码，演示如何使用 libcurl 库来实现文件下载功能：

#include 
#include 

size_t write_callback(void* ptr, size_t size, size_t nmemb, void* userdata) {
    FILE* file = (FILE*)userdata;
    return fwrite(ptr, size, nmemb, file);
}

int main() {
    CURL* curl;
    CURLcode res;

    FILE* file = fopen("downloaded_file.txt", "wb");
    if (!file) {
        std::cerr << "Failed to open file for writing." << std::endl;
        return 1;
    }

    curl = curl_easy_init();
    if (curl) {
        curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_URL, "http://www.example.com/file_to_download.txt");
        curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_WRITEDATA, file);
        curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_WRITEFUNCTION, write_callback);

        res = curl_easy_perform(curl);

        if (res != CURLE_OK) {
            std::cerr << "Failed to download file: " << curl_easy_strerror(res) << std::endl;
        } else {
            std::cout << "File downloaded successfully." << std::endl;
        }

        curl_easy_cleanup(curl);
    }

    fclose(file);

    return 0;
}

在文件下载示例中，我们首先打开本地文件以供写入，然后初始化 libcurl，并设置相应的选项（例如 URL、写入回调函数等）。最后执行 curl_easy_perform 函数来执行文件下载操作。

补充内容

这两个示例代码分别展示了如何使用 libcurl 库来实现文件上传和下载功能。libcurl库中，提供了一些基于文件流的函数，这些函数主要用于在文件和网络之间进行数据传输。

一些常见的基于文件流的函数：

CURLOPT_READFUNCTION 和 CURLOPT_READDATA：这两个选项用于在文件和网络之间进行上传操作。CURLOPT_READFUNCTION 用于设置一个指向回调函数的指针，该回调函数被调用时，将读取文件中的数据并将其发送到网络上；CURLOPT_READDATA 用于设置一个指向文件的指针，在回调函数中，可以使用该指针来读取文件中的数据。

CURLOPT_WRITEFUNCTION 和 CURLOPT_WRITEDATA：这两个选项用于在文件和网络之间进行下载操作。CURLOPT_WRITEFUNCTION 用于设置一个指向回调函数的指针，该回调函数被调用时，将从网络上接收到的数据写入到文件中；CURLOPT_WRITEDATA 用于设置一个指向文件的指针，在回调函数中，可以使用该指针将数据写入文件中。

CURLOPT_HEADERFUNCTION 和 CURLOPT_HEADERDATA：这两个选项用于在文件和网络之间进行头部信息的传输。CURLOPT_HEADERFUNCTION 用于设置一个指向回调函数的指针，该回调函数被调用时，将从网络上接收到的头部信息写入文件中；CURLOPT_HEADERDATA 用于设置一个指向文件的指针，在回调函数中，可以使用该指针将头部信息写入文件中。

通过使用以上基于文件流的函数，可以方便地在文件和网络之间进行数据传输，实现网络文件上传和下载等功能。

其他高级用法

1. 分块传输：当上传或下载的文件较大时，可以使用分块传输来降低内存占用并提高数据传输的效率。在上传文件时，开发者可以使用 CURLOPT_READFUNCTION 和 CURLOPT_READDATA 选项来设置回调函数和数据指针，将文件划分为多个小块进行上传；在下载文件时，可以使用 CURLOPT_WRITEFUNCTION 和 CURLOPT_WRITEDATA 选项来设置回调函数和数据指针，将从网络上接收到的数据按照多个小块写入文件。

2. 断点续传：在文件传输过程中，如果出现了网络故障或其他异常情况，可以使用断点续传来恢复文件传输。在上传和下载文件时，可以通过设置 CURLOPT_RESUME_FROM 选项来指定传输的起始位置，从而实现断点续传功能。

3. 多线程传输：在上传或下载大文件时，可以使用多线程技术来提高传输效率。在多线程模式下，可以将文件划分为多个小块，每个线程负责传输其中的一个小块，从而实现并行传输。需要注意的是，在多线程传输中，需要确保数据传输的正确性和一致性。

4. 安全传输：在网络传输过程中，为了保护数据的安全性，可以使用 HTTPS 或 FTPS 等安全传输协议。在使用 libcurl 库时，可以通过设置 CURLOPT_SSL_VERIFYPEER 和 CURLOPT_SSL_VERIFYHOST 等选项来确保传输的安全性。