「C++系列」文件和流

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一、文件和流

在C++中，文件和流是处理输入/输出（I/O）操作的两个核心概念。文件是存储在硬盘上的数据集合，而流则是一种抽象的数据源或数据目的地，用于数据的输入或输出。C++标准库提供了丰富的类和函数来支持文件和流的操作。

1. 文件操作

在C++中，文件操作通常通过<fstream>库中的类来实现，主要包括ifstream（用于从文件读取数据）、ofstream（用于向文件写入数据）和fstream（同时支持读写操作）。

数据类型	描述
ofstream	该数据类型表示输出文件流，用于创建文件并向文件写入信息。
ifstream	该数据类型表示输入文件流，用于从文件读取信息。
fstream	该数据类型通常表示文件流，且同时具有 ofstream 和 ifstream 两种功能，这意味着它可以创建文件，向文件写入信息，从文件读取信息。

① 打开文件

使用这些类之前，你需要使用它们的open成员函数来打开文件。如果文件成功打开，open函数会返回true。

模式标志	描述
ios::app	追加模式。所有写入都追加到文件末尾。
ios::ate	文件打开后定位到文件末尾。
ios::in	打开文件用于读取。
ios::out	打开文件用于写入。
ios::trunc	如果该文件已经存在，其内容将在打开文件之前被截断，即把文件长度设为 0。

#include <fstream>
#include <iostream>int main() {std::ifstream infile("example.txt");if (!infile.is_open()) {std::cerr << "Failed to open file" << std::endl;return 1;}// ... 读取文件内容infile.close();std::ofstream outfile("output.txt");if (!outfile.is_open()) {std::cerr << "Failed to open file" << std::endl;return 1;}// ... 写入文件内容outfile.close();return 0;
}

② 读写文件

对于ifstream，你可以使用>>运算符或getline()函数来读取数据。对于ofstream，你可以使用<<运算符来写入数据。

std::string line;
while (getline(infile, line)) {// 处理每一行
}outfile << "Hello, World!" << std::endl;

2. 流操作

在C++中，流不仅限于文件操作。标准库还提供了其他类型的流，如cin（标准输入流）、cout（标准输出流）和cerr（标准错误输出流），它们分别用于从标准输入读取数据、向标准输出写入数据和向标准错误输出写入数据。

流操作非常灵活，支持多种数据类型和格式化输出。例如，你可以使用std::setw和std::setprecision等I/O操纵符来控制输出格式。

#include <iostream>
#include <iomanip> // 用于格式化输出int main() {double pi = 3.141592653589793;std::cout << std::fixed << std::setprecision(2) << pi << std::endl; // 输出: 3.14return 0;
}

二、应用场景

C++中文件和流的应用场景非常广泛，包括但不限于日志记录、数据持久化、配置文件读写、用户输入/输出等。下面我将提供几个具体的应用场景及其案例代码。

1. 日志记录

日志记录是应用程序中非常重要的一部分，用于跟踪程序的运行情况、调试信息或用户行为等。

案例代码：

#include <fstream>
#include <iostream>
#include <string>
#include <chrono>
#include <iomanip>void logMessage(const std::string& message) {std::ofstream logFile("app.log", std::ios::app); // 使用append模式if (logFile.is_open()) {auto now = std::chrono::system_clock::now();auto in_time_t = std::chrono::system_clock::to_time_t(now);std::stringstream ss;ss << std::put_time(std::localtime(&in_time_t), "%Y-%m-%d %X") << ": " << message << std::endl;logFile << ss.str();logFile.close();}
}int main() {logMessage("Application started.");// 模拟一些操作...logMessage("An error occurred.");return 0;
}

2. 数据持久化

数据持久化是指将程序中的数据保存到存储设备上，以便在程序终止后数据仍然可以恢复和使用。

案例代码：

#include <fstream>
#include <iostream>
#include <vector>void saveData(const std::string& filename, const std::vector<int>& data) {std::ofstream outfile(filename, std::ios::binary);if (outfile.is_open()) {for (int num : data) {outfile.write(reinterpret_cast<const char*>(&num), sizeof(num));}outfile.close();}
}void loadData(const std::string& filename, std::vector<int>& data) {std::ifstream infile(filename, std::ios::binary);if (infile.is_open()) {int num;while (infile.read(reinterpret_cast<char*>(&num), sizeof(num))) {data.push_back(num);}infile.close();}
}int main() {std::vector<int> data = {1, 2, 3, 4, 5};saveData("data.bin", data);std::vector<int> loadedData;loadData("data.bin", loadedData);for (int num : loadedData) {std::cout << num << " ";}std::cout << std::endl;return 0;
}

3. 配置文件读写

配置文件是应用程序中用于存储配置信息的文件，如数据库连接信息、程序设置等。

案例代码（使用简单的文本格式）：

#include <fstream>
#include <iostream>
#include <sstream>
#include <map>std::map<std::string, std::string> readConfig(const std::string& filename) {std::map<std::string, std::string> config;std::ifstream infile(filename);std::string line;if (infile.is_open()) {while (getline(infile, line)) {size_t pos = line.find('=');if (pos != std::string::npos) {std::string key = line.substr(0, pos);std::string value = line.substr(pos + 1);config[key] = value;}}infile.close();}return config;
}int main() {auto config = readConfig("config.txt");for (const auto& pair : config) {std::cout << pair.first << ": " << pair.second << std::endl;}return 0;
}

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