以下內容將從文件流類體系、打開模式、文本與二進制 I/O、隨機訪問、錯誤處理、性能優化等方面，詳解 C++ 中文件輸入輸出的使用要點，并配以示例。
一、文件流類體系
C++ 標準庫提供三種文件流類型，均定義在 <fstream> 中：
std::ifstream：輸入文件流，用于從文件讀取（繼承自std::istream）。std::ofstream：輸出文件流，用于向文件寫入（繼承自std::ostream）。std::fstream：讀寫文件流，可同時做輸入和輸出（繼承自兩者）。
它們的典型用法與標準流 (cin/cout) 類似，但需要先打開文件。
二、打開模式（std::ios_base::openmode）
打開時可指定下列模式的按位或（|）組合：
| 模式 | 含義 |
|---|---|
std::ios::in | 打開用于讀操作 |
std::ios::out | 打開用于寫操作 |
std::ios::app | 所有寫操作均追加到文件末尾 |
std::ios::trunc | 打開時清空已有內容（默認對 ofstream 生效） |
std::ios::binary | 二進制模式（屏蔽文本模式下的換行轉換） |
std::ios::ate | 打開后立即定位到文件末尾 |
示例：
std::ifstream fin("data.txt", std::ios::in);
std::ofstream fout("out.txt", std::ios::out | std::ios::trunc);
std::fstream fs("db.bin", std::ios::in|std::ios::out|std::ios::binary);
三、文本文件 I/O
1. 寫入文本
-
operator<<與格式化std::ofstream fout("log.txt"); fout << "Count = " << count << '\n'; -
std::endl與'\n'std::endl會插入換行并刷新緩沖，頻繁使用有性能開銷；推薦輸出'\n'。
2. 讀取文本
-
按詞/按行讀取
std::ifstream fin("data.txt"); std::string word; while (fin >> word) { /* 按空白分隔 */ }fin.clear(); fin.seekg(0); std::string line; while (std::getline(fin, line)) { /* 讀取整行，不含換行符 */ } -
混合
>>與getline
使用>>后會留下換行符，若緊接getline，會讀入一個空行。
解決：每次切換前調用fin.ignore()跳過殘留的'\n'。
四、二進制文件 I/O
當讀寫原始字節或 POD 結構時，選用二進制模式并使用 read/write：
struct Record { int id; double value; };void writeRecords(const std::vector<Record>& recs) {std::ofstream fout("rec.bin", std::ios::out|std::ios::binary);fout.write(reinterpret_cast<const char*>(recs.data()),recs.size()*sizeof(Record));
}std::vector<Record> readRecords() {std::ifstream fin("rec.bin", std::ios::in|std::ios::binary);fin.seekg(0, std::ios::end);std::size_t size = fin.tellg() / sizeof(Record);fin.seekg(0, std::ios::beg);std::vector<Record> recs(size);fin.read(reinterpret_cast<char*>(recs.data()),size*sizeof(Record));return recs;
}
- 注意：直接寫整體
vector只對標準布局（POD）類型安全。若含指針或非平凡類型，需循環寫每個字段或序列化。
五、隨機訪問（定位）
-
seekg/seekp：設置讀/寫位置fin.seekg(offset, std::ios::beg|std::ios::cur|std::ios::end); fout.seekp(...); -
tellg/tellp：返回當前位置auto pos = fin.tellg(); -
注意：文本模式下各種平臺會對換行做轉換，
seek/tell不保證以字節為單位精確跳轉；二進制模式下則如你所見。
六、錯誤處理與異常
1. 狀態位檢查
if (!fin) { /* 打開失敗或已處于錯誤狀態 */ }
if (fin.eof()) { /* 到達末尾 */ }
if (fin.fail()) { /* 格式錯誤或開關失敗 */ }
2. 異常模式
fin.exceptions(std::ios::failbit | std::ios::badbit);
try {int x;fin >> x; // 失敗時拋 std::ios_base::failure
} catch (const std::ios_base::failure& e) {std::cerr << "I/O 異常: " << e.what() << "\n";
}
3. 資源管理
-
文件流析構時會自動
close()，但若需提前關閉或檢測錯誤，可顯式：fin.close(); if (fin.fail()) std::cerr<<"關閉失敗\n";
七、性能優化
-
同步關閉
std::ios::sync_with_stdio(false); std::cin.tie(nullptr);可加速與 C 風格 I/O 的混用場景。
-
緩沖區大小
- 默認緩沖區通常足夠；若需高性能可自定義：重載流的
rdbuf()->pubsetbuf()。
- 默認緩沖區通常足夠；若需高性能可自定義：重載流的
-
減少臨時與拷貝
- 盡量一次性
read/write大塊數據； - 對文本分詞解析可用
std::string_view和std::getline配合std::stringstream。
- 盡量一次性
-
避免頻繁開關文件
- 對同一文件的多次寫入，宜在同一流對象上完成；若交替讀寫，用
fstream且調用seek/flush而非反復構造流。
- 對同一文件的多次寫入，宜在同一流對象上完成；若交替讀寫，用
八、綜合示例
#include <iostream>
#include <fstream>
#include <vector>
#include <string>struct Record { int id; double value; };int main() {// 1. 文本寫入{std::ofstream log("app.log", std::ios::out|std::ios::app);if (!log) throw std::runtime_error("無法打開日志");log << "程序啟動\n";}// 2. 文本讀取與解析{std::ifstream fin("config.txt");if (!fin) {std::cerr<<"配置文件打開失敗\n";} else {std::string line;while (std::getline(fin, line)) {// 跳過空行和注釋if (line.empty() || line[0]=='#') continue;std::cout<<"配置: "<<line<<"\n";}}}// 3. 二進制讀寫std::vector<Record> recs = {{1,1.23},{2,4.56},{3,7.89}};{std::ofstream fout("data.bin", std::ios::out|std::ios::binary);fout.write(reinterpret_cast<const char*>(recs.data()),recs.size()*sizeof(Record));}{std::ifstream fin("data.bin", std::ios::in|std::ios::binary);fin.seekg(0, std::ios::end);size_t n = fin.tellg()/sizeof(Record);fin.seekg(0);std::vector<Record> buf(n);fin.read(reinterpret_cast<char*>(buf.data()), n*sizeof(Record));std::cout<<"讀取 "<<buf.size()<<" 條記錄\n";}return 0;
}
九、注意事項匯總
- 選擇合適模式：文本 vs 二進制；是否截斷或追加。
- 檢查流狀態：打開后、讀寫后、關閉后都應檢查
fail()/bad()/eof()。 - 混合讀寫：使用
std::fstream并在切換前調用flush()/seekg()/seekp()。 - 異常安全：開啟異常模式或自行檢測，避免未捕獲錯誤導致數據不一致。
- 平臺差異：文本模式下換行轉換、字符編碼（如 Windows 的 CRLF）可能影響跨平臺行為。
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