C++入门 -- 文件流操作

参考

计算机科学的角度来看，所有的文件都是由二进制位组成的，都是二进制文件。文本文件和其他二进制文件只是格式不同而已。

C++ 标准库中还专门提供了 3 个类用于实现文件操作，它们统称为文件流类，这 3 个类分别为：

• ifstream：专用于从文件中读取数据；
• ofstream：专用于向文件中写入数据；
• fstream：既可用于从文件中读取数据，又可用于向文件中写入数据。

以上三个类都在<fstream>头文件中，三个类的继承关系如下：

  <iostream> 头文件中定义有 ostream 和 istream 类的对象 cin 和 cout 不同，<fstream> 头文件中并没有定义可直接使用的 fstream、ifstream 和 ofstream 类对象。

  因此，如果我们想使用该类操作文件，需要自己创建相应类的对象。

为什么 C++ 标准库不提供现成的类似 fin 或者 fout 的对象呢？其实很简单，文件输入流和输出流的输入输出设备是硬盘中的文件，硬盘上有很多文件，到底应该使用哪一个呢？所以，C++ 标准库就把创建文件流对象的任务交给用户了。

fstream 类拥有 ifstream 和 ofstream 类中所有的成员方法，以下罗列了 fstream 类一些常用的成员方法。

示例：

#include <iostream>
#include <fstream>

using namespace std;

int main() {
    const char *url = "tianyu";
    //创建一个fstream对象-文件流
    fstream f1;
    //将test.txt文件与f1文件流关联
    f1.open("test.txt", ios::out);
    //向test.txt文件中写入url字符串
    f1.write(url, 10);
    f1.close();
    return 0;
}

执行程序，该程序同目录下会生成一个 test.txt 文件，该文件的内容为：

tianyu

open打开文件

void open(const char* szFileName, int mode)
//参数1：指向文件名的指针
//参数2：打开模式标记

文件打开模式标记“：

 示例：流对象打开文件

#include <iostream>
#include <fstream>

using namespace std;

int main() {
    //使用流对象的open成员函数打开文件
    ifstream inFile("inFile.txt", ios::in);
    if(inFile) 
        inFile.close();
    else
        cout << "inFile.txt doesn't exist" << endl;
    //使用流对象的构造函数打开文件
    ofstream oFile("inFile.txt", ios::out);
    if(!oFile)
        cout << "error 1" << endl;
    else
        oFile.close();
    
    fstream oFile2("test1.txt", ios::in|ios::out|ios::trunc);
    oFile2.close();

    return 0;
}

close() 关闭文件流

在实际进行文件操作的过程中，对于打开的文件，要及时调用 close() 方法将其关闭，否则很可能会导致读写文件失败。

示例：

#include <iostream>     //std::cout
#include <fstream>      //std::ofstream
using namespace std;

int main()
{
    const char * url = "http://c.biancheng.net/cplus/";
    //以文本模式打开out.txt
    ofstream destFile("out.txt", ios::out);
    if (!destFile) {
        cout << "文件打开失败" << endl;
        return 0;
    }
    //向out.txt文件中写入 url 字符串
    destFile << url;
    //程序抛出一个异常
    throw "Exception";
    //关闭打开的 out.txt 文件
    destFile.close();
    return 0;
}

17行抛出一个异常，若不处理即崩溃，导致没有close。

对于 destFile << url ，会先将字符串写到输出流缓冲区，待缓冲区满或者关闭文件时，数据才会写入到文件。直到崩溃，close都没执行

导致字符串一直在缓存区没有写入到文件

flush()刷新缓冲区

 在很多实际场景中，即便已经对文件执行了写操作，但后续还可能会执行其他的写操作。对于这种情况，我们可能并不想频繁地打开/关闭文件，可以使用 flush() 方法及时刷新输出流缓冲区，也能起到防止写入文件失败的作用。

#include <iostream>     //std::cout
#include <fstream>      //std::ofstream
using namespace std;

int main()
{
    const char * url = "http://c.biancheng.net/cplus/";
    //以文本模式打开out.txt
    ofstream destFile("out.txt", ios::out);
    if (!destFile) {
        cout << "文件打开失败" << endl;
        return 0;
    }
    //向out.txt文件中写入 url 字符串
    destFile << url;
    //刷新输出流缓冲区
    destFile.flush();
    //程序抛出一个异常
    throw "Exception";
    //关闭打开的 out.txt 文件
    destFile.close();
    return 0;
}

在抛出异常崩溃前，刷新流缓冲区，会将字符串写入到文件。

C++ 中使用 open() 打开的文件，在读写操作执行完毕后，应及时调用 close() 方法关闭文件，或者对文件执行写操作后及时调用 flush() 方法刷新输出流缓冲区。

文件读写方法

1、使用 << 与 >> 实现读写文件：使用于文本形式读写文件；

2、使用read() 和 write() 成员方法读写文件：适用于二进制读写文件。

 ostream::write()方法写文件

ostream & write(char* buffer, int count);
//buffer 用于指定要写入文件的二进制数据的起始位置；
//count 用于指定写入字节的个数

函数返回的是引用形式的对象，obj.write() 方法的返回值就是对 obj 对象的引用

注意：write方法会从文件写指针的位置将二进制数据写入，默然指向开头，若以 ios::app方式打开，则指向文件末尾

 istream::read()方法读文件

istream & read(char* buffer, int count);、
//buffer 用于指定读取字节的起始位置
//count 指定读取字节的个数

移动和获取文件读写指针（seekp、seekg、tellg、tellp）

ostream & seekp (int offset, int mode);
istream & seekg (int offset, int mode);

mode 代表文件读写指针的设置模式，有以下三种选项：

• ios::beg：让文件读指针（或写指针）指向从文件开始向后的 offset 字节处。offset 等于 0 即代表文件开头。在此情况下，offset 只能是非负数。
• ios::cur：在此情况下，offset 为负数则表示将读指针（或写指针）从当前位置朝文件开头方向移动 offset 字节，为正数则表示将读指针（或写指针）从当前位置朝文件尾部移动 offset字节，为 0 则不移动。
• ios::end：让文件读指针（或写指针）指向从文件结尾往前的 |offset|（offset 的绝对值）字节处。在此情况下，offset 只能是 0 或者负数

int tellg();
int tellp();

得到当前读写指针的具体位置：

• ifstream 类和 fstream 类还有 tellg 成员函数，能够返回文件读指针的位置；
• ofstream 类和 fstream 类还有 tellp 成员函数，能够返回文件写指针的位置。

要获取文件长度，可以用 seekg 函数将文件读指针定位到文件尾部，再用 tellg 函数获取文件读指针的位置，此位置即为文件长度。

示例：

std::vector<std::vector<char>> Avs::adjustLUT(
    const std::string& calFileURL, const std::vector<std::string>& maskFileURLs,
    const std::vector<AVS_ADJUST_S>& adjustParams) {
    assert(maskFileURLs.size() == adjustParams.size());

    std::ifstream calFile(calFileURL, std::ios::binary);  //binary:以二进制方式打开文件
    assert(calFile.is_open());

    std::vector<char> calBuffer(AVS_CALIBRATION_FILE_LENGTH);
    calFile.read(calBuffer.data(), calBuffer.size());  //从calFile读取size()大小的数据到calBuffer

    //将数个maskFile存入到maskBuffer容器中
    std::vector<std::vector<char>> maskBuffers;
    for (auto& url : maskFileURLs) {
        std::ifstream file(url, std::ios::binary);  //将maskFile与file对象绑定
        assert(file.is_open());
        file.seekg(0, file.end);  //将文件指针指向文件尾

        //创建一个大小为文件长度大小的容器buffer
        std::vector<char> buffer(file.tellg());  //tellg 函数获取文件读指针的位置，此位置即为文件长度
        file.seekg(0, file.beg);  //文件指针指向文件开始处
        file.read(buffer.data(), buffer.size());  //从file(maskFile)读取size大小的数据到buffer
        maskBuffers.push_back(std::move(buffer));  //每循环一次，在maskBuffer容器后加入一个Buffer
    }
    
    ...
}

注意：

1. C++ 标准库使用比如vector::push_back 等这类函数时,会对参数的对象进行复制,连数据也会复制.这就会造成对象内存的额外创建, 本来原意是想把参数push_back进去就行了,通过std::move，可以避免不必要的拷贝操作。
2. std::move是将对象的状态或者所有权从一个对象转移到另一个对象，只是转移，没有内存的搬迁或者内存拷贝所以可以提高利用效率,改善性能.。
3. 对指针类型的标准库对象并不需要这么做.

原lvalue值被moved from之后值被转移,所以为空字符串.。一般在代码段的末尾使用move(value)，被转移所有权的value不可以再次被使用

move用法示例：

//摘自https://zh.cppreference.com/w/cpp/utility/move
#include <iostream>
#include <utility>
#include <vector>
#include <string>
int main()
{
    std::string str = "Hello";
    std::vector<std::string> v;
    //调用常规的拷贝构造函数，新建字符数组，拷贝数据
    v.push_back(str);
    std::cout << "After copy, str is "" << str << ""
";
    //调用移动构造函数，掏空str，掏空后，最好不要使用str
    v.push_back(std::move(str));
    std::cout << "After move, str is "" << str << ""
";
    std::cout << "The contents of the vector are "" << v[0]
                                         << "", "" << v[1] << ""
";
}

输出：

After copy, str is "Hello"
After move, str is ""
The contents of the vector are "Hello", "Hello"