C++ 文件操作详解

在C++中，文件操作分为文本文件和二进制文件的操作，通过文件流类（ifstream、ofstream、fstream）进行文件的读写。这些类封装了文件的输入和输出操作，并继承了istream和ostream的功能，使得流对象既可以用于标准输入输出，也可以用于文件的读写。

本文将详细讲解如何在C++中使用文件流进行文件操作，并会通过代码示例逐步说明。

一、I/O流概述

C++文件操作主要依赖以下头文件：

#include <fstream>

C++中的文件操作主要通过以下三个类来实现：

ofstream：继承自ostream类，主要用于文件的写操作。
ifstream：继承自istream类，主要用于文件的读操作。
fstream：继承自ifstream和ofstream类，既可用于文件的读操作，也可用于写操作。

二、文本文件的读写操作

1. 创建流对象并打开文件

在打开文件时，可以选择使用构造函数直接打开，或者创建对象后再通过open函数进行打开：

通过构造函数直接打开文件：

ofstream fout("filename.txt", ios::out);

先创建对象再打开文件：

ofstream fout;
fout.open("filename.txt", ios::out);

文件打开模式

open函数提供多种模式控制文件的打开方式：

ios::app：追加模式，从文件末尾写入。
ios::ate：打开文件时将指针指向文件末尾。
ios::binary：以二进制模式打开文件。
ios::in：以读模式打开文件。
ios::out：以写模式打开文件。
ios::trunc：清空文件内容（文件已存在时）。

ifstream fin("filename.txt", ios::in | ios::binary);

2. 判断文件是否成功打开

可以使用以下方式判断文件是否成功打开：

!对象：直接使用对象的逻辑取反判断

if (!fin) {
    cout << "文件打开失败" << endl;
} else {
    cout << "文件打开成功" << endl;
}

good() 和 fail()：判断上一次文件操作的成功与失败。

if (fin.good()) {
    cout << "上一次操作成功" << endl;
} else {
    cout << "上一次操作失败" << endl;
}

3. 文件的读写操作

文本文件的读写直接使用流运算符：

写操作：
```
fout << "Hello, world!" << endl;
```
读操作：
```
string line;
fin >> line;
```

4. 关闭文件

关闭文件使用close()方法：

fout.close();

示例代码：将学生类对象写入文件

我们创建一个简单的Student类并将其对象写入到文本文件中。

#include <iostream>
#include <fstream>
using namespace std;

class Student {
private:
    string name;
    int age;

public:
    Student(string n, int a) : name(n), age(a) {}

    friend ofstream& operator<<(ofstream &out, const Student &s) {
        out << s.name << " " << s.age;
        return out;
    }
};

int main() {
    Student s("Alice", 20);
    ofstream fout("stu.txt");
    if (fout.is_open()) {
        fout << s;
        fout.close();
    }
    return 0;
}

三、随机读写操作

C++支持文件流的随机访问，即可以在文件中任意位置读写数据。主要有以下几个函数：

seekg：设置输入流位置。
seekp：设置输出流位置。
tellg：获取输入流当前位置。
tellp：获取输出流当前位置。

例如，将指针移动到文件的开头或末尾：

fin.seekg(0, ios::beg);  // 从文件开头读取
fout.seekp(0, ios::end); // 从文件末尾写入

四、二进制文件的读写操作

1. 创建流对象并打开文件

以二进制模式打开文件时，需要添加ios::binary标志：

fstream fs("data.bin", ios::in | ios::out | ios::binary);

2. 读写二进制文件

使用write和read函数进行二进制数据的写入和读取：

写入数据：

int num = 100;
fout.write(reinterpret_cast<char*>(&num), sizeof(num));

读取数据：

int num;
fin.read(reinterpret_cast<char*>(&num), sizeof(num));

注意事项

二进制操作中，数据以字节方式读写，因此不能直接对包含指针的对象进行二进制读写，否则会导致数据不一致。
可以使用eof()函数判断是否到达文件末尾。

示例代码：二进制文件的写入和读取

以下代码演示如何将一个整数以二进制方式写入文件，并读取它。

#include <iostream>
#include <fstream>
using namespace std;

int main() {
    // 写入数据
    ofstream fout("data.bin", ios::binary);
    int num = 1234;
    fout.write(reinterpret_cast<char*>(&num), sizeof(num));
    fout.close();

    // 读取数据
    ifstream fin("data.bin", ios::binary);
    int readNum;
    fin.read(reinterpret_cast<char*>(&readNum), sizeof(readNum));
    fin.close();

    cout << "读取的数字为：" << readNum << endl;
    return 0;
}