28-6 基本文件 IO

C++ 中的文件 I/O 与普通 I/O 非常相似（只是略微复杂一些）。C++ 中有三个基本的文件 I/O 类：ifstream（继承自 istream）、ofstream（继承自 ostream）和 fstream（继承自 iostream）。这些类分别用于文件输入、输出和输入/输出。要使用这些文件 I/O 类，需要包含 fstream 头文件。

与可以直接使用的 cout、cin、cerr 和 clog 流不同，文件流需要程序员显式设置。不过，这非常简单：要打开一个文件进行读写操作，只需实例化一个相应的文件 I/O 类的对象，并将文件名作为参数传递给它。然后使用插入运算符 (<<) 或提取运算符 (>>) 来写入或读取文件中的数据。操作完成后，有几种方法可以关闭文件：显式调用 close() 函数，或者让文件 I/O 变量超出作用域（文件 I/O 类的析构函数会自动关闭文件）。

文件输出

在以下示例中，我们将使用 ofstream 类来实现文件输出。这非常简单：

#include <fstream>
#include <iostream>

int main()
{
    // ofstream is used for writing files
    // We'll make a file called Sample.txt
    std::ofstream outf{ "Sample.txt" };

    // If we couldn't open the output file stream for writing
    if (!outf)
    {
        // Print an error and exit
        std::cerr << "Uh oh, Sample.txt could not be opened for writing!\n";
        return 1;
    }

    // We'll write two lines into this file
    outf << "This is line 1\n";
    outf << "This is line 2\n";

    return 0;

    // When outf goes out of scope, the ofstream
    // destructor will close the file
}

如果你查看项目目录，应该会看到一个名为 Sample.txt 的文件。用文本编辑器打开它，你会发现它确实包含了我们写入文件的两行内容。

:! cat Simple.txt

请注意，也可以使用 put() 函数向文件中写入单个字符。

文件输入

现在，我们将把上一个例子中写入的文件从磁盘读出来。注意，如果到达文件末尾（EOF），ifstream 函数会返回 0。我们将利用这一点来确定要读取多少内容。

#include <fstream>
#include <iostream>
#include <string>

int main()
{
    // ifstream is used for reading files
    // We'll read from a file called Sample.txt
    std::ifstream inf{ "Sample.txt" };

    // If we couldn't open the output file stream for reading
    if (!inf)
    {
        // Print an error and exit
        std::cerr << "Uh oh, Sample.txt could not be opened for reading!\n";
        return 1;
    }

    // While there's still stuff left to read
    std::string strInput{};
    while (inf >> strInput)
        std::cout << strInput << '\n';

    return 0;

    // When inf goes out of scope, the ifstream
    // destructor will close the file
}

这将产生以下结果：

嗯，这跟我们想要的结果不太一样。记住，提取运算符会遇到空格而中断。为了读取整行，我们需要使用 getline() 函数。

#include <fstream>
#include <iostream>
#include <string>

int main()
{
    // ifstream is used for reading files
    // We'll read from a file called Sample.txt
    std::ifstream inf{ "Sample.txt" };

    // If we couldn't open the input file stream for reading
    if (!inf)
    {
        // Print an error and exit
        std::cerr << "Uh oh, Sample.txt could not be opened for reading!\n";
        return 1;
    }

    // While there's still stuff left to read
    std::string strInput{};
    while (std::getline(inf, strInput))
	std::cout << strInput << '\n';

    return 0;

    // When inf goes out of scope, the ifstream
    // destructor will close the file
}

这将产生以下结果：

缓冲输出

C++ 中的输出可以缓冲。这意味着输出到文件流的任何内容可能不会立即写入磁盘。相反，多个输出操作可能会被批量处理。这样做主要是为了提高性能。当缓冲区的内容被写入磁盘时，这称为刷新缓冲区。刷新缓冲区的一种方法是关闭文件——缓冲区的内容将被刷新到磁盘，然后文件将被关闭。

缓冲通常不会造成问题，但在某些情况下，它可能会给粗心大意的人带来麻烦。主要原因是当缓冲区中有数据时，程序立即终止（无论是崩溃还是调用 exit()）。在这种情况下，文件流类的析构函数不会执行，这意味着文件永远不会关闭，缓冲区也永远不会被刷新。这样一来，缓冲区中的数据就不会被写入磁盘，而是永久丢失。因此，在调用 exit() 之前显式关闭所有打开的文件始终是一个好习惯。

可以使用 ostream::flush() 函数手动刷新缓冲区，或者向输出流发送 std::flush 指令。这两种方法都有助于确保缓冲区的内容在程序崩溃时立即写入磁盘。

值得注意的是，std::endl; 也会刷新输出流。因此，过度使用 std::endl（导致不必要的缓冲区刷新）在执行刷新开销较大的缓冲 I/O 操作（例如写入文件）时，可能会影响性能。出于这个原因，注重性能的程序员通常会使用 \n 而不是 std::endl 来向输出流中插入换行符，以避免不必要的缓冲区刷新。

文件模式

如果我们尝试写入一个已存在的文件会发生什么？再次运行输出示例会发现，每次运行程序时，原始文件都会被完全覆盖。那么，如果我们想在文件末尾追加一些数据呢？原来，文件流构造函数接受一个可选的第二个参数，用于指定文件的打开方式。这个参数称为模式（mode），它接受的有效标志位于 ios 类中。

Ios文件模式	意义
app	以追加模式打开文件
ate	读取/写入之前，先定位到文件末尾。
binary	以二进制模式（而非文本模式）打开文件
in	以读取模式打开文件（ifstream 的默认设置）
out	以写入模式打开文件（ofstream 的默认模式）
trunc	如果文件已存在，则将其删除。

可以通过按位或运算（使用 | 运算符）指定多个标志。ifstream 默认使用 std::ios::in 文件模式。ofstream 默认使用 std::ios::out 文件模式。而 fstream 默认使用 std::ios::in | std::ios::out 文件模式，这意味着默认情况下可以同时进行读写操作。

提示:
由于 fstream 的设计特性，如果使用 std::ios::in 模式打开的文件不存在，则 fstream 可能会失败。如果需要使用 fstream 创建新文件，请仅使用 std::ios::out 模式。

让我们编写一个程序，将两行内容追加到我们之前创建的 Sample.txt 文件中：

#include <iostream>
#include <fstream>

int main()
{
    // We'll pass the ios:app flag to tell the ofstream to append
    // rather than rewrite the file. We do not need to pass in std::ios::out
    // because ofstream defaults to std::ios::out
    std::ofstream outf{ "Sample.txt", std::ios::app };

    // If we couldn't open the output file stream for writing
    if (!outf)
    {
        // Print an error and exit
        std::cerr << "Uh oh, Sample.txt could not be opened for writing!\n";
        return 1;
    }

    outf << "This is line 3\n";
    outf << "This is line 4\n";

    return 0;

    // When outf goes out of scope, the ofstream
    // destructor will close the file
}

现在，如果我们查看 Sample.txt 文件（使用上面提供的示例程序之一来打印其内容，或者将其加载到文本编辑器中），我们将看到以下内容：

使用 open() 显式打开文件

就像可以使用 close() 显式关闭文件流一样，也可以使用 open() 显式打开文件流。open() 的工作方式与文件流构造函数类似——它接受一个文件名和一个可选的文件模式。

例如：

std::ofstream outf{ "Sample.txt" };
outf << "This is line 1\n";
outf << "This is line 2\n";
outf.close(); // explicitly close the file

// Oops, we forgot something
outf.open("Sample.txt", std::ios::app);
outf << "This is line 3\n";
outf.close();

您可以在这里找到有关 open() 函数的更多信息。