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23.6 - 基本文件输入输出

Key Takeaway

基本的文件IO类有三个： ifstream (派生自 istream)、 ofstream (派生自 ostream) 和 fstream (派生自 iostream)

C++中的文件I/O和普通 I/O 非常类似。基本的文件IO类有三个： ifstream (派生自 istream)、 ofstream (派生自 ostream) 和 fstream (派生自 iostream)。这些类可以分别用于文件输入、文件输出和文件输入输出。使用这些文件IO类时，需要包含 fstream 头文件。

和 cout、 cin、 cerr 以及 clog 这些已经连接好可以直接使用的流不同，文件流必须由程序员手动设置。不过，操作很简单：要打开一个用于读写的文件时，只需要实例化一个需要的文件IO类（将文件名作为参数）。然后使用提取运算符或插入运算符从文件中读取数据或向文件写入数据。完成操作后，有几种方式可以关闭该文件：显式地调用 close() 函数或者让文件IO变量离开作用域（析构函数会帮你关闭文件）。

文件输出

下面的例子中使用了ofstream类进行文件输出。非常简单直接：

#include <fstream>
#include <iostream>

int main()
{
    // ofstream 用于写文件
    // 创建一个名为 Sample.txt 的文件
    std::ofstream outf{ "Sample.txt" };

    // 如果无法打开输出文件流
    if (!outf)
    {
        // 打印错误并退出
        std::cerr << "Uh oh, Sample.txt could not be opened for writing!\n";
        return 1;
    }

    // 向文件写入两行文字
    outf << "This is line 1\n";
    outf << "This is line 2\n";

    return 0;

    // outf 离开作用域时，ofstream析构函数会关闭文件
}

此时打开项目目录，应该会看到一个名为Sample.txt的文件。如果用文本编辑器打开它，可以看到它确实包含了刚才写入文件的两行文本。

注意，也可以使用put()函数向文件写入单个字符。

文件输入

在这个例子中，我们会打开上一个例子中新创建的文件并读取其内容。注意，在到达文件末尾（EOF）时， ifstream 会返回0。我们需要基于这个特性来判断读取多少内容：

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

int main()
{
    // ifstream 用于读取文件
    // 从 Sample.txt 读取内容
    std::ifstream inf{ "Sample.txt" };

    // 如果无法打开输入文件流
    if (!inf)
    {
        // 打印错误并退出
        std::cerr << "Uh oh, Sample.txt could not be opened for reading!\n";
        return 1;
    }

    // 如果仍然有内容可以读取
    while (inf)
    {
        // 从文件中读取字符串并打印
        std::string strInput;
        inf >> strInput;
        std::cout << strInput << '\n';
    }

    return 0;

    // 当 inf 离开作用域时，ifstream 的析构函数会负责关闭文件

}

输出结果：

This
is
line
1
This
is
line
2

额。。这好像并不是我们想要的结果。还记得吗？提取运算符会被空格分割，所以为了读取一整行，我们需要使用 getline() 函数。

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

int main()
{
    // ifstream 用于读取文件
    // 从 Sample.txt 读取内容
    std::ifstream inf{ "Sample.txt" };

    // 如果无法打开输入文件流
    if (!inf)
    {
        // 打印错误并退出
        std::cerr << "Uh oh, Sample.txt could not be opened for reading!\n";
        return 1;
    }

    // 如果仍然有内容可以读取
    while (inf)
    {
        // 从文件中读取字符串并打印
        std::string strInput;
        std::getline(inf, strInput); //使用 getline 读取一整行
        std::cout << strInput << '\n';
    }

    return 0;

    // 当 inf 离开作用域时，ifstream 的析构函数会负责关闭文件
}

输出结果：

This is line 1
This is line 2

带缓冲的输出

C++中的输出可以被缓冲。这意味着输出到文件流的任何内容都不会立即写入磁盘。这样一来就可以将几个输出操作合并处理。这样做主要是出于性能原因，当缓冲区被写入磁盘时，这被称为刷新缓冲区。触发缓冲区刷新的一种方法是关闭文件——缓冲区的内容将被刷新到磁盘，然后关闭文件。

缓冲通常不是问题，但在某些情况下，它可能会给粗心的人带来麻烦。在这种情况下，主要的罪魁祸首是缓冲区中有数据，然后程序立即终止(通过崩溃或调用exit())。在这种情况下，不会执行文件流类的析构函数，这意味着文件永远不会关闭，所以缓冲区永远不会刷新。在这种情况下，缓冲区中的数据将不会被写入磁盘，并且永远丢失。这就是为什么在调用exit()之前显式关闭所有打开的文件总是一个好主意

缓冲区可以通过 ostream::flush() 函数手动刷新，或者向输出流发送 std::flush 也可以。这两种方法都可以用于确保缓冲区的内容立即写入磁盘，以防程序突然崩溃。

另外一点需要注意的是，std::endl; 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)可能会在执行缓存I/O时产生性能影响，因为刷新操作开销很大(例如写入文件)。由于这个原因，注重性能的程序员通常会使用\n 而不是std::endl在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

如果我们试图向一个已经存在的文件写入会发生什么？再次运行输出示例可以看到，每次运行程序时，原始文件都被完全覆盖。如果我们想在文件的末尾追加更多的数据应该怎么操作呢？实际上，文件流构造函数接受第二个可选参数，该参数可以指定应该如何打开文件。这个参数被称为模式(mode)，它接受的有效标志存在于ios类中。

Ios file mode	Meaning
app	使用追加模式打开文件
ate	在读写前移动到文件末尾
binary	以二进制模式打开文件(而非文本模式)
in	以读模式打开文件(`ifstream`的默认模式)
out	以写模式打开文件(`ofstream`的默认模式)
trunc	如果文件存在则清掉其内容

使用按位或运算符可以同时设置读个标记。ifstream 默认使用的是 std::ios::in 文件模式。而 ofstream 默认使用了 std::ios::out 文件模式。fstream 默认使用了 std::ios::in | std::ios::out 文件模式，意味着你可以对该文件进行读写。

小贴士

如果使用了 std::ios::in 但文件并不存在，则 fstream 会失败。所以如果你希望使用fstream创建以新文件，请确保只使用 std::ios::out 模式。

让我们编写一个程序，向之前创建的Sample.txt文件追加两行内容:

#include <iostream>
#include <fstream>

int main()
{
    // 使用 ios:app 标记告知 ofstream 追加内容而不是覆写
    // 我们不需要添加 std::ios::out
    // 因为 ofstream 默认是 std::ios::out
    std::ofstream outf{ "Sample.txt", std::ios::app };

    // 如果不能打开文件
    if (!outf)
    {
        // 打印错误并退出
        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;

    // 当 inf 离开作用域时，ifstream 的析构函数会负责关闭文件
}

现在，如果我们看一下Sample .txt(使用上面的一个示例程序打印它的内容，或在文本编辑器中加载它)，可以看到以下内容:

This is line 1
This is line 2
This is line 3
This is line 4

使用 `open()`打开文件

就像可以使用close()显式地关闭文件流一样，也可以使用open()显式地打开文件流。open()的工作原理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();

更多关于 open() 函数的信息可以在这里找到。