c++ std庫中的文件操作學習筆記

1. 概述

C++標準庫提供了 頭文件中的幾個類來進行文件操作，這些類封裝了底層的文件操作，提供了面向對象和類型安全的接口，使得文件讀寫更加便捷和高效。主要的文件流類包括：

std::ifstream：用于從文件中讀取數據。

std::ofstream：用于向文件中寫入數據。

std::fstream：用于同時讀取和寫入文件。

這些文件流類（std::ifstream、std::ofstream、std::fstream）繼承自 std::istream、std::ostream 和 std::iostream，這些類本身繼承自 std::ios，從而提供了豐富的成員函數和操作符來處理文件I/O。

2. 文件流類詳解

2.1 std::ifstream：輸入文件流

std::ifstream 用于從文件中讀取數據。它繼承自 std::istream，具備所有輸入流的功能，同時添加了文件特有的操作。


#include <fstream>
#include <iostream>
#include <string>int main() {// 創建并打開輸入文件流std::ifstream infile("input.txt"); // "input.txt" 是要讀取的文件名// 檢查文件是否成功打開if (!infile) {std::cerr << "無法打開文件 input.txt" << std::endl;return 1;}// 讀取并輸出文件內容std::string line;while (std::getline(infile, line)) {std::cout << line << std::endl;}// 關閉文件流（可選，因為析構函數會自動關閉）infile.close();return 0;
}

要點：

  • 構造函數可以在創建對象時指定文件名和打開模式。

  • 檢查文件是否成功打開，以避免后續操作錯誤。

  • 使用 std::getline 逐行讀取文件內容。

2.2 std::ofstream：輸出文件流

std::ofstream 用于向文件中寫入數據。它繼承自 std::ostream，具備所有輸出流的功能，同時添加了文件特有的操作。


#include <fstream>
#include <iostream>
#include <string>int main() {// 創建并打開輸出文件流std::ofstream outfile("output.txt"); // "output.txt" 是要寫入的文件名// 檢查文件是否成功打開if (!outfile) {std::cerr << "無法打開文件 output.txt" << std::endl;return 1;}// 寫入數據到文件outfile << "Hello, World!" << std::endl;outfile << "這是第二行文本。" << std::endl;// 關閉文件流（可選，因為析構函數會自動關閉）outfile.close();return 0;
}

要點：

  • 默認情況下，std::ofstream 以寫入模式打開文件。如果文件不存在，會創建新文件；如果文件存在，會截斷文件內容。

  • 使用<<操作符向文件中插入數據。

2.3 std::fstream：文件流（讀寫）

std::fstream 用于同時讀取和寫入文件。它繼承自std::iostream，結合了 std::istream 和 std::ostream 的功能


#include <fstream>
#include <iostream>
#include <string>int main() {// 創建并打開文件流，設置為讀寫模式std::fstream file("file.txt", std::ios::in | std::ios::out | std::ios::app);// 檢查文件是否成功打開if (!file) {std::cerr << "無法打開文件 file.txt" << std::endl;return 1;}// 寫入數據到文件file << "追加一行內容。" << std::endl;// 移動讀指針到文件開頭file.seekg(0, std::ios::beg);// 讀取并輸出文件內容std::string line;while (std::getline(file, line)) {std::cout << line << std::endl;}// 關閉文件流file.close();return 0;
}

要點：

  • 通過構造函數的第二個參數指定文件打開模式，可以組合多個模式。

  • 適用于需要同時進行讀取和寫入操作的場景。

3. 打開和關閉文件

文件流類提供了多種方式來打開和關閉文件。

可以在創建文件流對象時，通過構造函數直接指定文件名和打開模式。


std::ifstream infile("input.txt"); // 以默認模式(即只讀方式)打開 input.txt
std::ofstream outfile("output.txt", std::ios::out | std::ios::trunc); // 以寫入和截斷模式打開 output.txt

如果在創建對象時沒有指定文件名，可以使用 open() 成員函數在后續打開文件。


#include <fstream>
#include <iostream>int main() {std::ifstream infile; // 創建輸入文件流對象infile.open("input.txt"); // 打開文件if (!infile.is_open()) {std::cerr << "無法打開文件 input.txt" << std::endl;return 1;}// 進行讀取操作...infile.close(); // 關閉文件return 0;
}

使用 close() 成員函數可以顯式關閉文件流。盡管在對象銷毀時，析構函數會自動關閉文件，但在需要提前釋放資源時，顯式調用 close() 是必要的。


infile.close();
outfile.close();

4. 文件打開模式

文件打開模式通過 std::ios::openmode 枚舉類型指定，可以組合使用多個模式。

常用的打開模式：

- std::ios::in：以讀取模式打開文件。

  • std::ios::out：以寫入模式打開文件。

  • std::ios::app：以追加模式打開文件，寫入操作將添加到文件末尾。

  • std::ios::ate：打開文件后，將文件指針定位到文件末尾。

  • std::ios::trunc：如果文件已存在，則截斷文件長度為0（默認與 std::ofstream 相關）。

  • std::ios::binary：以二進制模式打開文件。


// 以讀寫模式打開文件，不截斷現有內容
std::fstream file("data.txt", std::ios::in | std::ios::out);// 以二進制模式寫入數據, 截斷現有文件內容std::ofstream binaryOut("data.bin", std::ios::out | std::ios::binary | std::ios::trunc);

說明：

  • 組合使用：通過按位或操作符 | 組合多個打開模式，如 std::ios::in | std::ios::out 表示同時具備讀取和寫入權限。

  • 二進制模式：對于非文本文件（如圖片、音頻等），應使用 std::ios::binary 模式，以防止數據在讀取或寫入過程中被轉換。

5. 讀取文件

5.1 使用 >> 操作符讀取單詞

>> 操作符用于從文件中提取數據，自動跳過空白字符（如空格、換行符、制表符）。

假設 words.txt 文件內容如下：
在這里插入圖片描述


#include <fstream>
#include <iostream>
#include <string>int main() {std::ifstream infile("words.txt");if (!infile) {std::cerr << "無法打開文件 words.txt" << std::endl;return 1;}std::string word;while (infile >> word) { // 逐詞讀取std::cout << "讀取到的單詞: " << word << std::endl;}infile.close();return 0;
}

輸出如下：
在這里插入圖片描述
說明：

  • 適用于逐詞讀取數據，適合處理由空白字符分隔的數據。

  • 無法讀取包含空格的完整句子或短語。

5.2 使用 std::getline 逐行讀取

std::getline 函數用于從文件中逐行讀取數據，適用于處理文本文件中的行數據。

假設 lines.txt 文件內容如下：
在這里插入圖片描述


#include <fstream>
#include <iostream>
#include <string>int main() {std::ifstream infile("lines.txt");if (!infile) {std::cerr << "無法打開文件 lines.txt" << std::endl;return 1;}std::string line;while (std::getline(infile, line)) { // 逐行讀取std::cout << "讀取到的行: " << line << std::endl;}infile.close();return 0;
}

輸出如下：
在這里插入圖片描述
說明：

  • 適用于逐行處理文件內容，保留每行的完整信息。

  • 可以處理包含空格和其他特殊字符的行。

5.3 讀取整個文件內容

有時需要一次性讀取整個文件內容，尤其適用于小文件或需要對整個文件內容進行處理的場景。
假設 content.txt 文件內容如下：
在這里插入圖片描述


#include <fstream>
#include <iostream>
#include <string>int main() {std::ifstream infile("content.txt");if (!infile) {std::cerr << "無法打開文件 content.txt" << std::endl;return 1;}// 使用迭代器讀取整個文件內容到字符串std::string content((std::istreambuf_iterator<char>(infile)),std::istreambuf_iterator<char>());std::cout << "文件內容:\n" << content << std::endl;infile.close();return 0;
}

輸出如下：
在這里插入圖片描述
說明：

使用 std::istreambuf_iterator 迭代器可以高效地讀取整個文件內容。

適用于小至中等大小的文件，對于非常大的文件，可能需要分塊讀取以避免內存問題。

對此行代碼的理解：

std::string content((std::istreambuf_iterator<char>(infile)),std::istreambuf_iterator<char>());

  • 這行代碼使用了 std::istreambuf_iterator 來從輸入文件流 infile 讀取內容并構建一個 std::string 對象。具體理解如下：

  • std::istreambuf_iterator(infile)：創建一個輸入迭代器，從 infile 的緩沖區讀取字符。

  • std::istreambuf_iterator()：這是一個空的迭代器，用于表示輸入結束。
    構造 std::string：通過傳入兩個迭代器，構造函數會從 infile 中讀取所有字符，直到遇到結束迭代器。

  • 最終，這行代碼的作用是將整個文件的內容讀入到 content 字符串中。這樣，你就可以方便地對文件內容進行操作。

5.4 讀取二進制數據

對于非文本文件（如圖片、音頻、視頻等），需要以二進制模式讀取數據，以防止數據在讀取過程中被轉換或丟失。
假設需要讀取一個圖片文件 image.jpg 并輸出其大小。
在這里插入圖片描述


#include <fstream>
#include <iostream>
#include <vector>int main() {// 以二進制模式打開文件std::ifstream infile("image.jpg", std::ios::binary);if (!infile) {std::cerr << "無法打開文件 image.jpg" << std::endl;return 1;}// 移動讀指針到文件末尾以獲取文件大小//這行代碼將文件指針移動到文件的末尾。seekg 函數用于設置輸入流的位置，0 是偏移量infile.seekg(0, std::ios::end);//tellg 函數返回當前文件指針的位置（即文件的長度）std::streamsize size = infile.tellg();//這行代碼將文件指針重置回文件的開頭infile.seekg(0, std::ios::beg);// 讀取文件內容到緩沖區std::vector<char> buffer(size);if (infile.read(buffer.data(), size)) {std::cout << "成功讀取 " << size << " 字節。" << std::endl;} else {std::cerr << "讀取文件失敗！" << std::endl;}infile.close();return 0;
}

輸出如下：
在這里插入圖片描述
說明：

  • 使用 std::ios::binary 模式打開文件，確保數據按原樣讀取。

  • 通過 seekg 和tellg獲取文件大小，預分配緩沖區。

  • 使用read函數讀取二進制數據到緩沖區。

6. 寫入文件

6.1 使用 << 操作符寫入數據

<< 操作符用于向文件中插入數據，類似于向標準輸出流 std::cout 中插入數據。

將用戶信息寫入文件 users.txt。


#include <fstream>
#include <iostream>
#include <string>int main() {std::ofstream outfile("users.txt");if (!outfile) {std::cerr << "無法打開文件 users.txt" << std::endl;return 1;}// 寫入用戶信息outfile << "用戶名: Alice\n年齡: 30\n" << std::endl;outfile << "用戶名: Bob\n年齡: 25\n" << std::endl;outfile << "用戶名: Charlie\n年齡: 35\n" << std::endl;outfile.close();std::cout << "用戶信息已寫入 users.txt" << std::endl;return 0;
}

輸出如下：
在這里插入圖片描述
文件即自動創建于當前工程根目錄下

說明：

  • 使用 << 操作符可以方便地將各種數據類型寫入文件。

  • std::endl 用于插入換行符并刷新緩沖區。

6.2 使用 std::ofstream::write 寫入二進制數據

對于需要寫入二進制數據的場景，使用 write() 成員函數更為合適。

將一個字符數組寫入二進制文件 output.bin。


#include <fstream>
#include <iostream>
#include <vector>int main() {std::ofstream outfile("output.bin", std::ios::binary | std::ios::trunc);if (!outfile) {std::cerr << "無法打開文件 output.bin" << std::endl;return 1;}// 準備二進制數據std::vector<char> data = {'H', 'e', 'l', 'l', 'o', '\0'};// 寫入二進制數據到文件outfile.write(data.data(), data.size());if (!outfile) {std::cerr << "寫入文件失敗！" << std::endl;} else {std::cout << "成功寫入 " << data.size() << " 字節到 output.bin" << std::endl;}outfile.close();return 0;
}

data.data()：獲取 data 字符串的指針，指向字符串的首字符。這是寫入的起始地址。
data.size()：返回字符串 data 的長度，表示要寫入的字節數。
outfile.write(data.data(), data.size());：調用 write 函數，將從 data 指針開始的 data.size() 字節寫入 outfile 中。

輸出如下：
在這里插入圖片描述
說明：

  • 使用 write() 可以指定要寫入的數據地址和字節數，適用于二進制數據。

  • 確保文件以二進制模式打開，防止數據被意外轉換。

7. 一個實際使用的示例

讀取mysql中conf文件的配置：

bool ConnectionPool::loadConfigFile()
{//setenv("MYSQL_CONF_PATH","/home/kyros1ee/QtEnviroment/WeChat-main/chatserver/conf/mysql.conf",1);// 設置環境變量或絕對路徑const char* configPath = getenv("MYSQL_CONF");	//if (!configPath){LOG_ERROR << " mysql.conf MYSQL_CONF_PATH not set!";return false;}ifstream file(configPath);if (!file.is_open()){LOG_ERROR << "mysql.conf 文件不存在!";return false;}string line;while (getline(file, line)){// 忽略空行和注釋行if (line.empty() || line.find('=') == string::npos)continue;if (line.back() == '\r') {line.pop_back();}istringstream iss(line);string key, value;if (getline(iss, key, '=') && getline(iss, value)){// 去除可能存在的前后空白key = trim(key);value = trim(value);if (key == "ip") _ip = value;else if (key == "port") _port = stoi(value);else if (key == "username") _username = value;else if (key == "password") _password = value;else if (key == "dbname") _dbname = value;else if (key == "initSize") _initSize = stoi(value);else if (key == "maxSize") _maxSize = stoi(value);else if (key == "maxIdleTime") _maxIdleTime = stoi(value);else if (key == "connectionTime") _connectionTimeout = stoi(value);}}return true;
}

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