C++文件操作詳解（ifstream、ofstream、fstream）

C++ 通過以下幾個類支持文件的輸入輸出：

• ofstream: 寫操作（輸出）的文件類 (由ostream引申而來)
• ifstream: 讀操作（輸入）的文件類(由istream引申而來)
• fstream: 可同時讀寫操作的文件類 (由iostream引申而來)

打開文件(Open a file)

對這些類的一個對象所做的第一個操作通常就是將它和一個真正的文件聯系起來，也就是說打開一個文件。被打開的文件在程序中由一個流對象(stream object)來表示 (這些類的一個實例) ，而對這個流對象所做的任何輸入輸出操作實際就是對該文件所做的操作。

要通過一個流對象打開一個文件，我們使用它的成員函數open()：

void open (const char * filename, openmode mode);

這裡filename 是一個字符串，代表要打開的文件名，mode 是以下標志符的一個組合：

ios::in 為輸入(讀)而打開文件 ios::out 為輸出(寫)而打開文件 ios::ate 初始位置：文件尾 ios::app 所有輸出附加在文件末尾 ios::trunc 如果文件已存在則先刪除該文件 ios::binary 二進制方式

這些標識符可以被組合使用，中間以”或”操作符(|)間隔。例如，如果我們想要以二進制方式打開文件"example.bin" 來寫入一些數據，我們可以通過以下方式調用成員函數open（）來實現：

ofstream file;
file.open ("example.bin", ios::out | ios::app | ios::binary);

ofstream, ifstream 和 fstream所有這些類的成員函數open 都包含了一個默認打開文件的方式，這三個類的默認方式各不相同：

類參數的默認方式 ofstream ios::out | ios::trunc ifstream ios::in fstream ios::in | ios::out

只有當函數被調用時沒有聲明方式參數的情況下，默認值才會被采用。如果函數被調用時聲明了任何參數，默認值將被完全改寫，而不會與調用參數組合。

由於對類ofstream, ifstream 和 fstream 的對象所進行的第一個操作通常都是打開文件，這些類都有一個構造函數可以直接調用open 函數，並擁有同樣的參數。這樣，我們就可以通過以下方式進行與上面同樣的定義對象和打開文件的操作：

ofstream file ("example.bin", ios::out | ios::app | ios::binary);

兩種打開文件的方式都是正確的。

你可以通過調用成員函數is_open()來檢查一個文件是否已經被順利的打開了：

bool is_open();

它返回一個布爾(bool)值，為真（true）代表文件已經被順利打開，假( false )則相反。

關閉文件(Closing a file)

當文件讀寫操作完成之後，我們必須將文件關閉以使文件重新變為可訪問的。關閉文件需要調用成員函數close()，它負責將緩存中的數據排放出來並關閉文件。它的格式很簡單：

void close ();

這個函數一旦被調用，原先的流對象(stream object)就可以被用來打開其它的文件了，這個文件也就可以重新被其它的進程(process)所有訪問了。

為防止流對象被銷毀時還聯系著打開的文件，析構函數(destructor)將會自動調用關閉函數close。

文本文件(Text mode files)

類ofstream, ifstream 和fstream 是分別從ostream, istream 和iostream 中引申而來的。這就是為什麼 fstream 的對象可以使用其父類的成員來訪問數據。

一般來說，我們將使用這些類與同控制台(console)交互同樣的成員函數(cin 和 cout)來進行輸入輸出。如下面的例題所示，我們使用重載的插入操作符<<：

// writing on a text file
#include

int main () {
ofstream examplefile ("example.txt");
if (examplefile.is_open()) {
examplefile << "This is a line.\n";
examplefile << "This is another line.\n";
examplefile.close();
}
return 0;
}
file example.txt
This is a line.
This is another line.

從文件中讀入數據也可以用與 cin的使用同樣的方法：

// reading a text file
#include
#include
#include

int main () {
char buffer[256];
ifstream examplefile ("example.txt");
if (! examplefile.is_open())
{ cout << "Error opening file"; exit (1); }
while (! examplefile.eof() ) {
examplefile.getline (buffer,100);
cout << buffer << endl;
}
return 0;
}
This is a line.
This is another line.

上面的例子讀入一個文本文件的內容，然後將它打印到屏幕上。注意我們使用了一個新的成員函數叫做eof ，它是ifstream 從類 ios 中繼承過來的，當到達文件末尾時返回true 。

狀態標志符的驗證(Verification of state flags)

除了eof()以外，還有一些驗證流的狀態的成員函數（所有都返回bool型返回值）：

• bad()

  如果在讀寫過程中出錯，返回 true 。例如：當我們要對一個不是打開為寫狀態的文件進行寫入時，或者我們要寫入的設備沒有剩余空間的時候。

• fail()

  除了與bad() 同樣的情況下會返回 true 以外，加上格式錯誤時也返回true ，例如當想要讀入一個整數，而獲得了一個字母的時候。

• eof()

  如果讀文件到達文件末尾，返回true。

• good()

  這是最通用的：如果調用以上任何一個函數返回true 的話，此函數返回 false 。

要想重置以上成員函數所檢查的狀態標志，你可以使用成員函數clear()，沒有參數。

獲得和設置流指針(get and put stream pointers)

所有輸入/輸出流對象(i/o streams objects)都有至少一個流指針：

• ifstream， 類似istream, 有一個被稱為get pointer的指針，指向下一個將被讀取的元素。
• ofstream, 類似 ostream, 有一個指針 put pointer ，指向寫入下一個元素的位置。
• fstream, 類似 iostream, 同時繼承了get 和 put

我們可以通過使用以下成員函數來讀出或配置這些指向流中讀寫位置的流指針：

• tellg() 和 tellp()

  這兩個成員函數不用傳入參數，返回pos_type 類型的值(根據ANSI-C++ 標准) ，就是一個整數，代表當前get 流指針的位置 (用tellg) 或 put 流指針的位置(用tellp).

• seekg() 和seekp()

  這對函數分別用來改變流指針get 和put的位置。兩個函數都被重載為兩種不同的原型：

  seekg ( pos_type position );
  seekp ( pos_type position );

  使用這個原型，流指針被改變為指向從文件開始計算的一個絕對位置。要求傳入的參數類型與函數 tellg 和tellp 的返回值類型相同。

  seekg ( off_type offset, seekdir direction );
  seekp ( off_type offset, seekdir direction );

  使用這個原型可以指定由參數direction決定的一個具體的指針開始計算的一個位移(offset)。它可以是：

  ios::beg 從流開始位置計算的位移 ios::cur 從流指針當前位置開始計算的位移 ios::end 從流末尾處開始計算的位移

流指針 get 和 put 的值對文本文件(text file)和二進制文件(binary file)的計算方法都是不同的，因為文本模式的文件中某些特殊字符可能被修改。由於這個原因，建議對以文本文件模式打開的文件總是使用seekg 和 seekp的第一種原型，而且不要對tellg 或 tellp 的返回值進行修改。對二進制文件，你可以任意使用這些函數，應該不會有任何意外的行為產生。

以下例子使用這些函數來獲得一個二進制文件的大小：

// obtaining file size
#include
#include

const char * filename = "example.txt";

int main () {
long l,m;
ifstream file (filename, ios::in|ios::binary);
l = file.tellg();
file.seekg (0, ios::end);
m = file.tellg();
file.close();
cout << "size of " << filename;
cout << " is " << (m-l) << " bytes.\n";
return 0;
}
size of example.txt is 40 bytes.

二進制文件(Binary files)

在二進制文件中，使用<< 和>>，以及函數（如getline）來操作符輸入和輸出數據，沒有什麼實際意義，雖然它們是符合語法的。

文件流包括兩個為順序讀寫數據特殊設計的成員函數：write 和 read。第一個函數 (write) 是ostream 的一個成員函數，都是被ofstream所繼承。而read 是istream 的一個成員函數，被ifstream 所繼承。類 fstream 的對象同時擁有這兩個函數。它們的原型是：

write ( char * buffer, streamsize size );
read ( char * buffer, streamsize size );

這裡 buffer 是一塊內存的地址，用來存儲或讀出數據。參數size 是一個整數值，表示要從緩存（buffer）中讀出或寫入的字符數。

// reading binary file
#include
#include

const char * filename = "example.txt";

int main () {
char * buffer;
long size;
ifstream file (filename, ios::in|ios::binary|ios::ate);
size = file.tellg();
file.seekg (0, ios::beg);
buffer = new char [size];
file.read (buffer, size);
file.close();

cout << "the complete file is in a buffer";

delete[] buffer;
return 0;
}
The complete file is in a buffer

緩存和同步(Buffers and Synchronization)

當我們對文件流進行操作的時候，它們與一個streambuf 類型的緩存(buffer)聯系在一起。這個緩存（buffer）實際是一塊內存空間，作為流(stream)和物理文件的媒介。例如，對於一個輸出流， 每次成員函數put (寫一個單個字符)被調用，這個字符不是直接被寫入該輸出流所對應的物理文件中的，而是首先被插入到該流的緩存（buffer）中。

當緩存被排放出來(flush)時，它裡面的所有數據或者被寫入物理媒質中（如果是一個輸出流的話），或者簡單的被抹掉(如果是一個輸入流的話)。這個過程稱為同步(synchronization)，它會在以下任一情況下發生：

• 當文件被關閉時: 在文件被關閉之前，所有還沒有被完全寫出或讀取的緩存都將被同步。
• 當緩存buffer 滿時:緩存Buffers 有一定的空間限制。當緩存滿時，它會被自動同步。
• 控制符明確指明:當遇到流中某些特定的控制符時，同步會發生。這些控制符包括：flush 和endl。
• 明確調用函數sync(): 調用成員函數sync() (無參數)可以引發立即同步。這個函數返回一個int 值，等於-1 表示流沒有聯系的緩存或操作失敗。

• 在C++中，有一個stream這個類，所有的I/O都以這個“流”類為基礎的，包括我們要認識的文件I/O，stream這個類有兩個重要的運算符：

  1、插入器(<<)
  向流輸出數據。比如說系統有一個默認的標准輸出流(cout)，一般情況下就是指的顯示器，所以，cout<<"Write Stdout"<<'n';就表示把字符串"Write Stdout"和換行字符('n')輸出到標准輸出流。

  2、析取器(>>)
  從流中輸入數據。比如說系統有一個默認的標准輸入流(cin)，一般情況下就是指的鍵盤，所以，cin>>x;就表示從標准輸入流中讀取一個指定類型(即變量x的類型)的數據。

  在C++中，對文件的操作是通過stream的子類fstream(file stream)來實現的，所以，要用這種方式操作文件，就必須加入頭文件fstream.h。下面就把此類的文件操作過程一一道來。

  一、打開文件
  在fstream類中，有一個成員函數open()，就是用來打開文件的，其原型是：

  void open(const char* filename,int mode,int access);

  參數：

  filename： 要打開的文件名
  mode： 要打開文件的方式
  access： 打開文件的屬性
  打開文件的方式在類ios(是所有流式I/O類的基類)中定義，常用的值如下：

  ios::app： 以追加的方式打開文件
  ios::ate： 文件打開後定位到文件尾，ios:app就包含有此屬性
  ios::binary： 以二進制方式打開文件，缺省的方式是文本方式。兩種方式的區別見前文
  ios::in： 文件以輸入方式打開
  ios::out： 文件以輸出方式打開
  ios::nocreate： 不建立文件，所以文件不存在時打開失敗
  ios::noreplace：不覆蓋文件，所以打開文件時如果文件存在失敗
  ios::trunc： 如果文件存在，把文件長度設為0
  可以用“或”把以上屬性連接起來，如ios::out|ios::binary

  打開文件的屬性取值是：

  0：普通文件，打開訪問
  1：只讀文件
  2：隱含文件
  4：系統文件
  可以用“或”或者“+”把以上屬性連接起來 ，如3或1|2就是以只讀和隱含屬性打開文件。

  例如：以二進制輸入方式打開文件c:config.sys

  fstream file1;
  file1.open("c:config.sys",ios::binary|ios::in,0);

  如果open函數只有文件名一個參數，則是以讀/寫普通文件打開，即：

  file1.open("c:config.sys");<=>file1.open("c:config.sys",ios::in|ios::out,0);

  另外，fstream還有和open()一樣的構造函數，對於上例，在定義的時侯就可以打開文件了：

  fstream file1("c:config.sys");

  特別提出的是，fstream有兩個子類：ifstream(input file stream)和ofstream(outpu file stream)，ifstream默認以輸入方式打開文件，而ofstream默認以輸出方式打開文件。

  ifstream file2("c:pdos.def");//以輸入方式打開文件
  ofstream file3("c:x.123");//以輸出方式打開文件

  所以，在實際應用中，根據需要的不同，選擇不同的類來定義：如果想以輸入方式打開，就用ifstream來定義；如果想以輸出方式打開，就用ofstream來定義；如果想以輸入/輸出方式來打開，就用fstream來定義。

  二、關閉文件
  打開的文件使用完成後一定要關閉，fstream提供了成員函數close()來完成此操作，如：file1.close();就把file1相連的文件關閉。

  三、讀寫文件
  讀寫文件分為文本文件和二進制文件的讀取，對於文本文件的讀取比較簡單，用插入器和析取器就可以了；而對於二進制的讀取就要復雜些，下要就詳細的介紹這兩種方式

  1、文本文件的讀寫
  文本文件的讀寫很簡單：用插入器(<<)向文件輸出；用析取器(>>)從文件輸入。假設file1是以輸入方式打開，file2以輸出打開。示例如下：

  file2<<"I Love You";//向文件寫入字符串"I Love You"
  int i;
  file1>>i;//從文件輸入一個整數值。

  這種方式還有一種簡單的格式化能力，比如可以指定輸出為16進制等等，具體的格式有以下一些

  操縱符 功能 輸入/輸出
  dec 格式化為十進制數值數據 輸入和輸出
  endl 輸出一個換行符並刷新此流 輸出
  ends 輸出一個空字符 輸出
  hex 格式化為十六進制數值數據 輸入和輸出
  oct 格式化為八進制數值數據 輸入和輸出
  setpxecision(int p) 設置浮點數的精度位數 輸出

  比如要把123當作十六進制輸出：file1<<hex<<123;要把3.1415926以5位精度輸出：file1<<setpxecision(5)<<3.1415926。< p="">

  2、二進制文件的讀寫
  ①put()
  put()函數向流寫入一個字符，其原型是ofstream &put(char ch)，使用也比較簡單，如file1.put('c');就是向流寫一個字符'c'。

  ②get()
  get()函數比較靈活，有3種常用的重載形式：

  一種就是和put()對應的形式：ifstream &get(char &ch);功能是從流中讀取一個字符，結果保存在引用ch中，如果到文件尾，返回空字符。如file2.get(x);表示從文件中讀取一個字符，並把讀取的字符保存在x中。

  另一種重載形式的原型是： int get();這種形式是從流中返回一個字符，如果到達文件尾，返回EOF，如x=file2.get();和上例功能是一樣的。

  還 有一種形式的原型是：ifstream &get(char *buf,int num,char delim='n')；這種形式把字符讀入由 buf 指向的數組，直到讀入了 num 個字符或遇到了由 delim 指定的字符，如果沒使用 delim 這個參數，將使用缺省值換行符'n'。例如：

  file2.get(str1,127,'A');//從文件中讀取字符到字符串str1，當遇到字符'A'或讀取了127個字符時終止。

  ③讀寫數據塊
  要讀寫二進制數據塊，使用成員函數read()和write()成員函數，它們原型如下：

  read(unsigned char *buf,int num);
  write(const unsigned char *buf,int num);

  read() 從文件中讀取 num 個字符到 buf 指向的緩存中，如果在還未讀入 num 個字符時就到了文件尾，可以用成員函數 int gcount();來取得實際讀取的字符數；而 write() 從buf 指向的緩存寫 num 個字符到文件中，值得注意的是緩存的類型是 unsigned char *，有時可能需要類型轉換。

  例：

  unsigned char str1[]="I Love You";
  int n[5];
  ifstream in("xxx.xxx");
  ofstream out("yyy.yyy");
  out.write(str1,strlen(str1));//把字符串str1全部寫到yyy.yyy中
  in.read((unsigned char*)n,sizeof(n));//從xxx.xxx中讀取指定個整數，注意類型轉換
  in.close();out.close();

  四、檢測EOF
  成員函數eof()用來檢測是否到達文件尾，如果到達文件尾返回非0值，否則返回0。原型是int eof();

  例： if(in.eof())ShowMessage("已經到達文件尾！");

  五、文件定位
  和C的文件操作方式不同的是，C++ I/O系統管理兩個與一個文件相聯系的指針。一個是讀指針，它說明輸入操作在文件中的位置；另一個是寫指針，它下次寫操作的位置。每次執行輸入或輸出時， 相應的指針自動變化。所以，C++的文件定位分為讀位置和寫位置的定位，對應的成員函數是 seekg()和 seekp()，seekg()是設置讀位置，seekp是設置寫位置。它們最通用的形式如下：

  istream &seekg(streamoff offset,seek_dir origin);
  ostream &seekp(streamoff offset,seek_dir origin);

  streamoff定義於 iostream.h 中，定義有偏移量 offset 所能取得的最大值，seek_dir 表示移動的基准位置，是一個有以下值的枚舉：

  ios::beg： 文件開頭
  ios::cur： 文件當前位置
  ios::end： 文件結尾
  這兩個函數一般用於二進制文件，因為文本文件會因為系統對字符的解釋而可能與預想的值不同。

  例：

  file1.seekg(1234,ios::cur);//把文件的讀指針從當前位置向後移1234個字節
  file2.seekp(1234,ios::beg);//把文件的寫指針從文件開頭向後移1234個字節