十四天学会C++之第八天：文件操作

1. 文件的打开和关闭

• 文件操作的基本概念。
• 打开文件：使用fstream库打开文件以供读写。
• 关闭文件：确保文件在使用完毕后正确关闭。

文件的打开和关闭：C++ 文件操作入门

在C++编程中，文件操作是一项重要的任务，可以读取和写入数据到文件中。这对于数据的永久性存储和检索至关重要。

文件操作的基本概念

在进行文件操作之前，让我们先了解一些基本概念：

• 文件：文件是数据的持久性存储方式。它可以是文本文件（包含文本信息）或二进制文件（包含二进制数据）。

• 文件流：在C++中，文件被视为数据流。流是一个抽象的概念，用于表示数据的顺序传递。文件流分为输入流（用于读取文件）和输出流（用于写入文件）。

打开文件

要打开文件以供读取或写入，我们需要使用C++的fstream库，它提供了fstream、ifstream和ofstream三个类，分别用于文件的读取、写入和同时读写。

以下是打开文件的一般步骤：

1. 包含头文件：首先，您需要包含 <fstream> 头文件以使用文件流类。

2. 创建文件流对象：根据需求，创建一个输入流对象（ifstream）、输出流对象（ofstream）或输入/输出流对象（fstream）。

3. 打开文件：使用流对象的 open 方法来打开文件。在打开文件时，需要指定文件的名称和打开模式。例如，要打开一个文本文件以供读取，使用 ifstream 并指定打开模式为 ios::in。

#include <fstream>

int main() {
    // 创建输入流对象
    std::ifstream inputFile;

    // 打开文件以供读取
    inputFile.open("example.txt", std::ios::in);

    if (!inputFile) {
        // 处理文件打开失败的情况
        std::cerr << "无法打开文件" << std::endl;
        return 1;
    }

    // 文件已成功打开，可以进行读取操作

    // 关闭文件
    inputFile.close();

    return 0;
}

关闭文件

在文件操作完成后，为了确保文件被正确关闭，我们应该使用流对象的 close 方法关闭文件。这个步骤很重要，因为它确保文件在程序执行后不会被修改或损坏。

// 关闭文件
inputFile.close();

请注意，如果不关闭文件而直接退出程序，文件可能会被操作系统保持打开状态，这可能导致其他问题。

#include <iostream>
#include <fstream>

int main() {
    // 创建输出流对象
    std::ofstream outputFile;

    // 打开文件以供写入，如果文件不存在将创建新文件
    outputFile.open("example.txt", std::ios::out);

    if (!outputFile) {
        // 处理文件打开失败的情况
        std::cerr << "无法打开文件" << std::endl;
        return 1;
    }

    // 写入数据到文件
    outputFile << "这是一个示例文本文件。" << std::endl;

    // 关闭文件
    outputFile.close();

    return 0;
}

2. 文件读写

• 读取文件：使用ifstream类读取文本文件。
• 写入文件：使用ofstream类将数据写入文本文件。
• 二进制文件：介绍如何读写二进制文件。

读取文件

读取文本文件

要读取文本文件，我们可以使用ifstream类，它是C++标准库中用于输入文件流的类。以下是读取文本文件的基本步骤：

1. 包括头文件：首先，您需要包括 <fstream> 头文件以使用文件流类。

2. 创建ifstream对象：创建一个ifstream对象，并将文件名作为参数传递给其构造函数。

3. 打开文件：使用ifstream对象的 open 方法打开文件。

4. 读取数据：使用输入运算符 >> 从文件中读取数据。

5. 关闭文件：使用ifstream对象的 close 方法关闭文件。

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

int main() {
    // 创建输入文件流对象
    std::ifstream inputFile;

    // 打开文本文件以供读取
    inputFile.open("example.txt", std::ios::in);

    if (!inputFile) {
        std::cerr << "无法打开文件" << std::endl;
        return 1;
    }

    // 读取文件中的数据
    std::string line;
    while (std::getline(inputFile, line)) {
        std::cout << line << std::endl;
    }

    // 关闭文件
    inputFile.close();

    return 0;
}

写入文件

要写入数据到文本文件，我们可以使用ofstream类，它是C++标准库中用于输出文件流的类。以下是写入文本文件的基本步骤：

1. 包括头文件：首先，您需要包括 <fstream> 头文件以使用文件流类。

2. 创建ofstream对象：创建一个ofstream对象，并将文件名作为参数传递给其构造函数。

3. 打开文件：使用ofstream对象的 open 方法打开文件。

4. 写入数据：使用输出运算符 << 向文件中写入数据。

5. 关闭文件：使用ofstream对象的 close 方法关闭文件。

#include <iostream>
#include <fstream>

int main() {
    // 创建输出文件流对象
    std::ofstream outputFile;

    // 打开文本文件以供写入，如果文件不存在将创建新文件
    outputFile.open("example.txt", std::ios::out);

    if (!outputFile) {
        std::cerr << "无法打开文件" << std::endl;
        return 1;
    }

    // 写入数据到文件
    outputFile << "这是一个示例文本文件。" << std::endl;

    // 关闭文件
    outputFile.close();

    return 0;
}

二进制文件

读写二进制文件，可以使用相同的ifstream和ofstream类，但要注意文件模式。打开二进制文件时，您需要将文件模式设置为std::ios::binary。

#include <iostream>
#include <fstream>

int main() {
    // 创建二进制输出文件流对象
    std::ofstream binaryOutputFile;

    // 打开二进制文件以供写入，如果文件不存在将创建新文件
    binaryOutputFile.open("binary_data.bin", std::ios::out | std::ios::binary);

    if (!binaryOutputFile) {
        std::cerr << "无法打开文件" << std::endl;
        return 1;
    }

    // 写入二进制数据到文件
    int data[] = {1, 2, 3, 4, 5};
    binaryOutputFile.write(reinterpret_cast<char*>(data), sizeof(data));

    // 关闭文件
    binaryOutputFile.close();

    // 创建二进制输入文件流对象
    std::ifstream binaryInputFile;

    // 打开二进制文件以供读取
    binaryInputFile.open("binary_data.bin", std::ios::in | std::ios::binary);

    if (!binaryInputFile) {
        std::cerr << "无法打开文件" << std::endl;
        return 1;
    }

    // 读取二进制数据
    int readData

[5];
    binaryInputFile.read(reinterpret_cast<char*>(readData), sizeof(readData));

    // 关闭文件
    binaryInputFile.close();

    // 输出读取的数据
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        std::cout << readData[i] << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}

演示如何将整数数组写入二进制文件，然后再次读取并显示。请注意，使用reinterpret_cast将整数数组的地址转换为char*，以便正确读写二进制数据。

3. 文本文件和二进制文件的处理

• 文本文件 vs. 二进制文件：区别和适用场景。
• 读写文本文件：如何逐行读取和写入文本文件。
• 读写二进制文件：如何以二进制方式读写文件。

文本文件 vs. 二进制文件

文本文件通常包含可读的字符数据，如文本文档、配置文件等。它们使用普通的字符编码（如ASCII或UTF-8）来表示文本内容。文本文件易于阅读和编辑，但不适合存储非文本数据，如图像或音频。

二进制文件包含的是原始的二进制数据，没有字符编码。它们通常用于存储非文本数据，如图像、音频、视频、数据库文件等。二进制文件可以存储任何类型的数据，但不易于人类阅读或编辑。

读写文本文件

读取文本文件

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

int main() {
    std::ifstream inputFile("textfile.txt"); // 打开文本文件以供读取

    if (!inputFile) {
        std::cerr << "无法打开文件" << std::endl;
        return 1;
    }

    std::string line;
    while (std::getline(inputFile, line)) { // 逐行读取
        std::cout << line << std::endl; // 处理每行数据
    }

    inputFile.close(); // 关闭文件

    return 0;
}

写入文本文件

#include <iostream>
#include <fstream>

int main() {
    std::ofstream outputFile("output.txt"); // 打开文本文件以供写入

    if (!outputFile) {
        std::cerr << "无法打开文件" << std::endl;
        return 1;
    }

    outputFile << "写入文本文件的内容" << std::endl; // 写入数据

    outputFile.close(); // 关闭文件

    return 0;
}

读写二进制文件

读写二进制文件需要更小心，必须确保数据以正确的格式进行存储和读取。

读取二进制文件

#include <iostream>
#include <fstream>

int main() {
    std::ifstream inputFile("binaryfile.bin", std::ios::binary); // 打开二进制文件以供读取

    if (!inputFile) {
        std::cerr << "无法打开文件" << std::endl;
        return 1;
    }

    int data;
    while (inputFile.read(reinterpret_cast<char*>(&data), sizeof(int))) { // 逐块读取
        std::cout << data << " "; // 处理每个数据块
    }

    inputFile.close(); // 关闭文件

    return 0;
}

写入二进制文件

#include <iostream>
#include <fstream>

int main() {
    std::ofstream outputFile("binaryfile.bin", std::ios::binary); // 打开二进制文件以供写入

    if (!outputFile) {
        std::cerr << "无法打开文件" << std::endl;
        return 1;
    }

    int data[] = {1, 2, 3, 4, 5};

    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        outputFile.write(reinterpret_cast<char*>(&data[i]), sizeof(int)); // 写入数据块
    }

    outputFile.close(); // 关闭文件

    return 0;
}

请注意，二进制文件的读写中使用std::ios::binary标志，以确保以二进制模式打开文件。

4. 示例和练习

示例1：文本文件读取和写入

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

int main() {
    // 示例1: 从input.txt读取文本内容，写入output.txt

    std::ifstream inputFile("input.txt");
    std::ofstream outputFile("output.txt");

    if (!inputFile || !outputFile) {
        std::cerr << "无法打开文件" << std::endl;
        return 1;
    }

    std::string line;
    while (std::getline(inputFile, line)) {
        // 处理文本行
        outputFile << line << std::endl;
    }

    inputFile.close();
    outputFile.close();

    return 0;
}

示例2：二进制文件读取和写入

#include <iostream>
#include <fstream>

int main() {
    // 示例2: 读取和写入二进制文件

    int data[] = {1, 2, 3, 4, 5};

    std::ofstream binaryOutputFile("data.bin", std::ios::binary);
    if (!binaryOutputFile) {
        std::cerr << "无法打开文件" << std::endl;
        return 1;
    }

    binaryOutputFile.write(reinterpret_cast<char*>(data), sizeof(data));

    binaryOutputFile.close();

    std::ifstream binaryInputFile("data.bin", std::ios::binary);
    if (!binaryInputFile) {
        std::cerr << "无法打开文件" << std::endl;
        return 1;
    }

    int readData[5];
    binaryInputFile.read(reinterpret_cast<char*>(readData), sizeof(readData));

    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        std::cout << readData[i] << " ";
    }

    binaryInputFile.close();

    return 0;
}

练习题

问题1：创建一个程序，从用户输入中读取文本，并将其写入名为user_input.txt的文本文件。

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

int main() {
    std::string userInput;
    
    // 从用户输入读取文本
    std::cout << "请输入文本内容：" << std::endl;
    std::getline(std::cin, userInput);
    
    // 打开文件以写入内容
    std::ofstream outputFile("user_input.txt");
    
    if (!outputFile) {
        std::cerr << "无法打开文件" << std::endl;
        return 1;
    }
    
    // 写入用户输入的文本到文件
    outputFile << userInput << std::endl;
    
    // 关闭文件
    outputFile.close();
    
    std::cout << "文本已写入 user_input.txt 文件。" << std::endl;
    
    return 0;
}

运行结果：

问题2：创建一个程序，读取名为numbers.txt的文本文件中的数字，计算它们的总和并显示在屏幕上。

#include <iostream>
#include <fstream>

int main() {
    // 打开包含数字的文本文件
    std::ifstream inputFile("numbers.txt");
    
    if (!inputFile) {
        std::cerr << "无法打开文件" << std::endl;
        return 1;
    }
    
    int number;
    int sum = 0;
    
    // 逐行读取数字并计算总和
    while (inputFile >> number) {
        sum += number;
    }
    
    // 关闭文件
    inputFile.close();
    
    // 显示总和
    std::cout << "数字的总和为: " << sum << std::endl;
    
    return 0;
}

运行结果：

问题3：创建一个程序，使用二进制文件存储学生成绩数据，并编写函数来查找特定学生的分数。

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

struct Student {
    std::string name;
    int score;
};

void writeStudentData(const std::string& filename, const Student& student) {
    std::ofstream outputFile(filename, std::ios::binary | std::ios::app);
    
    if (!outputFile) {
        std::cerr << "无法打开文件" << std::endl;
        return;
    }
    
    outputFile.write(reinterpret_cast<const char*>(&student), sizeof(Student));
    outputFile.close();
}

Student findStudentData(const std::string& filename, const std::string& targetName) {
    Student student;
    
    std::ifstream inputFile(filename, std::ios::binary);
    
    if (!inputFile) {
        std::cerr << "无法打开文件" << std::endl;
        return student;
    }
    
    while (inputFile.read(reinterpret_cast<char*>(&student), sizeof(Student))) {
        if (student.name == targetName) {
            inputFile.close();
            return student;
        }
    }
    
    inputFile.close();
    student.name = "未找到";
    student.score = -1;
    return student;
}

int main() {
    // 写入学生数据到二进制文件
    Student student1 = { "Alice", 90 };
    Student student2 = { "Bob", 85 };
    writeStudentData("student_data.bin", student1);
    writeStudentData("student_data.bin", student2);

    // 查找特定学生的分数
    std::string targetName = "Alice";
    Student foundStudent = findStudentData("student_data.bin", targetName);

    if (foundStudent.name == "未找到") {
        std::cout << "找不到学生：" << targetName << std::endl;
    } else {
        std::cout << "学生姓名：" << foundStudent.name << "，分数：" << foundStudent.score << std::endl;
    }

    return 0;
}

运行结果：

问题4：创建一个程序，将两个文本文件合并成一个新文件。

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

int main() {
    // 打开第一个文本文件以读取内容
    std::ifstream inputFile1("file1.txt");
    
    if (!inputFile1) {
        std::cerr << "无法打开文件1" << std::endl;
        return 1;
    }

    // 打开第二个文本文件

    std::ifstream inputFile2("file2.txt");

    if (!inputFile2) {
        std::cerr << "无法打开文件2" << std::endl;
        return 1;
    }

    // 创建新文件以写入合并内容
    std::ofstream outputFile("merged_file.txt");

    if (!outputFile) {
        std::cerr << "无法创建新文件" << std::endl;
        return 1;
    }

    // 从文件1读取并写入到新文件
    std::string line;
    while (std::getline(inputFile1, line)) {
        outputFile << line << std::endl;
    }

    // 从文件2读取并写入到新文件
    while (std::getline(inputFile2, line)) {
        outputFile << line << std::endl;
    }

    // 关闭文件
    inputFile1.close();
    inputFile2.close();
    outputFile.close();

    std::cout << "文件已成功合并为 merged_file.txt" << std::endl;

    return 0;
}

运行结果：