十四天学会C++之第八天:文件操作

1. 文件的打开和关闭

  • 文件操作的基本概念。
  • 打开文件:使用fstream库打开文件以供读写。
  • 关闭文件:确保文件在使用完毕后正确关闭。

文件的打开和关闭:C++ 文件操作入门

在C++编程中,文件操作是一项重要的任务,可以读取和写入数据到文件中。这对于数据的永久性存储和检索至关重要。

文件操作的基本概念

在进行文件操作之前,让我们先了解一些基本概念:

  • 文件:文件是数据的持久性存储方式。它可以是文本文件(包含文本信息)或二进制文件(包含二进制数据)。

  • 文件流:在C++中,文件被视为数据流。流是一个抽象的概念,用于表示数据的顺序传递。文件流分为输入流(用于读取文件)和输出流(用于写入文件)。

打开文件

要打开文件以供读取或写入,我们需要使用C++的fstream库,它提供了fstream、ifstream和ofstream三个类,分别用于文件的读取、写入和同时读写。

以下是打开文件的一般步骤:

  1. 包含头文件:首先,您需要包含 <fstream> 头文件以使用文件流类。

  2. 创建文件流对象:根据需求,创建一个输入流对象(ifstream)、输出流对象(ofstream)或输入/输出流对象(fstream)。

  3. 打开文件:使用流对象的 open 方法来打开文件。在打开文件时,需要指定文件的名称和打开模式。例如,要打开一个文本文件以供读取,使用 ifstream 并指定打开模式为 ios::in

#include <fstream>int main() {// 创建输入流对象std::ifstream inputFile;// 打开文件以供读取inputFile.open("example.txt", std::ios::in);if (!inputFile) {// 处理文件打开失败的情况std::cerr << "无法打开文件" << std::endl;return 1;}// 文件已成功打开,可以进行读取操作// 关闭文件inputFile.close();return 0;
}

关闭文件

在文件操作完成后,为了确保文件被正确关闭,我们应该使用流对象的 close 方法关闭文件。这个步骤很重要,因为它确保文件在程序执行后不会被修改或损坏。

// 关闭文件
inputFile.close();

请注意,如果不关闭文件而直接退出程序,文件可能会被操作系统保持打开状态,这可能导致其他问题。

#include <iostream>
#include <fstream>int main() {// 创建输出流对象std::ofstream outputFile;// 打开文件以供写入,如果文件不存在将创建新文件outputFile.open("example.txt", std::ios::out);if (!outputFile) {// 处理文件打开失败的情况std::cerr << "无法打开文件" << std::endl;return 1;}// 写入数据到文件outputFile << "这是一个示例文本文件。" << std::endl;// 关闭文件outputFile.close();return 0;
}

2. 文件读写

  • 读取文件:使用ifstream类读取文本文件。
  • 写入文件:使用ofstream类将数据写入文本文件。
  • 二进制文件:介绍如何读写二进制文件。

读取文件

读取文本文件

要读取文本文件,我们可以使用ifstream类,它是C++标准库中用于输入文件流的类。以下是读取文本文件的基本步骤:

  1. 包括头文件:首先,您需要包括 <fstream> 头文件以使用文件流类。

  2. 创建ifstream对象:创建一个ifstream对象,并将文件名作为参数传递给其构造函数。

  3. 打开文件:使用ifstream对象的 open 方法打开文件。

  4. 读取数据:使用输入运算符 >> 从文件中读取数据。

  5. 关闭文件:使用ifstream对象的 close 方法关闭文件。

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>int main() {// 创建输入文件流对象std::ifstream inputFile;// 打开文本文件以供读取inputFile.open("example.txt", std::ios::in);if (!inputFile) {std::cerr << "无法打开文件" << std::endl;return 1;}// 读取文件中的数据std::string line;while (std::getline(inputFile, line)) {std::cout << line << std::endl;}// 关闭文件inputFile.close();return 0;
}
写入文件

要写入数据到文本文件,我们可以使用ofstream类,它是C++标准库中用于输出文件流的类。以下是写入文本文件的基本步骤:

  1. 包括头文件:首先,您需要包括 <fstream> 头文件以使用文件流类。

  2. 创建ofstream对象:创建一个ofstream对象,并将文件名作为参数传递给其构造函数。

  3. 打开文件:使用ofstream对象的 open 方法打开文件。

  4. 写入数据:使用输出运算符 << 向文件中写入数据。

  5. 关闭文件:使用ofstream对象的 close 方法关闭文件。

#include <iostream>
#include <fstream>int main() {// 创建输出文件流对象std::ofstream outputFile;// 打开文本文件以供写入,如果文件不存在将创建新文件outputFile.open("example.txt", std::ios::out);if (!outputFile) {std::cerr << "无法打开文件" << std::endl;return 1;}// 写入数据到文件outputFile << "这是一个示例文本文件。" << std::endl;// 关闭文件outputFile.close();return 0;
}

二进制文件

读写二进制文件,可以使用相同的ifstream和ofstream类,但要注意文件模式。打开二进制文件时,您需要将文件模式设置为std::ios::binary

#include <iostream>
#include <fstream>int main() {// 创建二进制输出文件流对象std::ofstream binaryOutputFile;// 打开二进制文件以供写入,如果文件不存在将创建新文件binaryOutputFile.open("binary_data.bin", std::ios::out | std::ios::binary);if (!binaryOutputFile) {std::cerr << "无法打开文件" << std::endl;return 1;}// 写入二进制数据到文件int data[] = {1, 2, 3, 4, 5};binaryOutputFile.write(reinterpret_cast<char*>(data), sizeof(data));// 关闭文件binaryOutputFile.close();// 创建二进制输入文件流对象std::ifstream binaryInputFile;// 打开二进制文件以供读取binaryInputFile.open("binary_data.bin", std::ios::in | std::ios::binary);if (!binaryInputFile) {std::cerr << "无法打开文件" << std::endl;return 1;}// 读取二进制数据int readData[5];binaryInputFile.read(reinterpret_cast<char*>(readData), sizeof(readData));// 关闭文件binaryInputFile.close();// 输出读取的数据for (int i = 0; i < 5; ++i) {std::cout << readData[i] << " ";}std::cout << std::endl;return 0;
}

演示如何将整数数组写入二进制文件,然后再次读取并显示。请注意,使用reinterpret_cast将整数数组的地址转换为char*,以便正确读写二进制数据。

3. 文本文件和二进制文件的处理

  • 文本文件 vs. 二进制文件:区别和适用场景。
  • 读写文本文件:如何逐行读取和写入文本文件。
  • 读写二进制文件:如何以二进制方式读写文件。

文本文件 vs. 二进制文件

文本文件通常包含可读的字符数据,如文本文档、配置文件等。它们使用普通的字符编码(如ASCII或UTF-8)来表示文本内容。文本文件易于阅读和编辑,但不适合存储非文本数据,如图像或音频。

二进制文件包含的是原始的二进制数据,没有字符编码。它们通常用于存储非文本数据,如图像、音频、视频、数据库文件等。二进制文件可以存储任何类型的数据,但不易于人类阅读或编辑。

读写文本文件

读取文本文件
#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>int main() {std::ifstream inputFile("textfile.txt"); // 打开文本文件以供读取if (!inputFile) {std::cerr << "无法打开文件" << std::endl;return 1;}std::string line;while (std::getline(inputFile, line)) { // 逐行读取std::cout << line << std::endl; // 处理每行数据}inputFile.close(); // 关闭文件return 0;
}
写入文本文件
#include <iostream>
#include <fstream>int main() {std::ofstream outputFile("output.txt"); // 打开文本文件以供写入if (!outputFile) {std::cerr << "无法打开文件" << std::endl;return 1;}outputFile << "写入文本文件的内容" << std::endl; // 写入数据outputFile.close(); // 关闭文件return 0;
}

读写二进制文件

读写二进制文件需要更小心,必须确保数据以正确的格式进行存储和读取。

读取二进制文件
#include <iostream>
#include <fstream>int main() {std::ifstream inputFile("binaryfile.bin", std::ios::binary); // 打开二进制文件以供读取if (!inputFile) {std::cerr << "无法打开文件" << std::endl;return 1;}int data;while (inputFile.read(reinterpret_cast<char*>(&data), sizeof(int))) { // 逐块读取std::cout << data << " "; // 处理每个数据块}inputFile.close(); // 关闭文件return 0;
}
写入二进制文件
#include <iostream>
#include <fstream>int main() {std::ofstream outputFile("binaryfile.bin", std::ios::binary); // 打开二进制文件以供写入if (!outputFile) {std::cerr << "无法打开文件" << std::endl;return 1;}int data[] = {1, 2, 3, 4, 5};for (int i = 0; i < 5; ++i) {outputFile.write(reinterpret_cast<char*>(&data[i]), sizeof(int)); // 写入数据块}outputFile.close(); // 关闭文件return 0;
}

请注意,二进制文件的读写中使用std::ios::binary标志,以确保以二进制模式打开文件。

4. 示例和练习

示例1:文本文件读取和写入

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>int main() {// 示例1: 从input.txt读取文本内容,写入output.txtstd::ifstream inputFile("input.txt");std::ofstream outputFile("output.txt");if (!inputFile || !outputFile) {std::cerr << "无法打开文件" << std::endl;return 1;}std::string line;while (std::getline(inputFile, line)) {// 处理文本行outputFile << line << std::endl;}inputFile.close();outputFile.close();return 0;
}

示例2:二进制文件读取和写入

#include <iostream>
#include <fstream>int main() {// 示例2: 读取和写入二进制文件int data[] = {1, 2, 3, 4, 5};std::ofstream binaryOutputFile("data.bin", std::ios::binary);if (!binaryOutputFile) {std::cerr << "无法打开文件" << std::endl;return 1;}binaryOutputFile.write(reinterpret_cast<char*>(data), sizeof(data));binaryOutputFile.close();std::ifstream binaryInputFile("data.bin", std::ios::binary);if (!binaryInputFile) {std::cerr << "无法打开文件" << std::endl;return 1;}int readData[5];binaryInputFile.read(reinterpret_cast<char*>(readData), sizeof(readData));for (int i = 0; i < 5; ++i) {std::cout << readData[i] << " ";}binaryInputFile.close();return 0;
}

练习题

问题1:创建一个程序,从用户输入中读取文本,并将其写入名为user_input.txt的文本文件。

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>int main() {std::string userInput;// 从用户输入读取文本std::cout << "请输入文本内容:" << std::endl;std::getline(std::cin, userInput);// 打开文件以写入内容std::ofstream outputFile("user_input.txt");if (!outputFile) {std::cerr << "无法打开文件" << std::endl;return 1;}// 写入用户输入的文本到文件outputFile << userInput << std::endl;// 关闭文件outputFile.close();std::cout << "文本已写入 user_input.txt 文件。" << std::endl;return 0;
}

运行结果:

在这里插入图片描述

问题2:创建一个程序,读取名为numbers.txt的文本文件中的数字,计算它们的总和并显示在屏幕上。

#include <iostream>
#include <fstream>int main() {// 打开包含数字的文本文件std::ifstream inputFile("numbers.txt");if (!inputFile) {std::cerr << "无法打开文件" << std::endl;return 1;}int number;int sum = 0;// 逐行读取数字并计算总和while (inputFile >> number) {sum += number;}// 关闭文件inputFile.close();// 显示总和std::cout << "数字的总和为: " << sum << std::endl;return 0;
}

运行结果:

在这里插入图片描述

问题3:创建一个程序,使用二进制文件存储学生成绩数据,并编写函数来查找特定学生的分数。

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>struct Student {std::string name;int score;
};void writeStudentData(const std::string& filename, const Student& student) {std::ofstream outputFile(filename, std::ios::binary | std::ios::app);if (!outputFile) {std::cerr << "无法打开文件" << std::endl;return;}outputFile.write(reinterpret_cast<const char*>(&student), sizeof(Student));outputFile.close();
}Student findStudentData(const std::string& filename, const std::string& targetName) {Student student;std::ifstream inputFile(filename, std::ios::binary);if (!inputFile) {std::cerr << "无法打开文件" << std::endl;return student;}while (inputFile.read(reinterpret_cast<char*>(&student), sizeof(Student))) {if (student.name == targetName) {inputFile.close();return student;}}inputFile.close();student.name = "未找到";student.score = -1;return student;
}int main() {// 写入学生数据到二进制文件Student student1 = { "Alice", 90 };Student student2 = { "Bob", 85 };writeStudentData("student_data.bin", student1);writeStudentData("student_data.bin", student2);// 查找特定学生的分数std::string targetName = "Alice";Student foundStudent = findStudentData("student_data.bin", targetName);if (foundStudent.name == "未找到") {std::cout << "找不到学生:" << targetName << std::endl;} else {std::cout << "学生姓名:" << foundStudent.name << ",分数:" << foundStudent.score << std::endl;}return 0;
}

运行结果:

在这里插入图片描述

问题4:创建一个程序,将两个文本文件合并成一个新文件。

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>int main() {// 打开第一个文本文件以读取内容std::ifstream inputFile1("file1.txt");if (!inputFile1) {std::cerr << "无法打开文件1" << std::endl;return 1;}// 打开第二个文本文件std::ifstream inputFile2("file2.txt");if (!inputFile2) {std::cerr << "无法打开文件2" << std::endl;return 1;}// 创建新文件以写入合并内容std::ofstream outputFile("merged_file.txt");if (!outputFile) {std::cerr << "无法创建新文件" << std::endl;return 1;}// 从文件1读取并写入到新文件std::string line;while (std::getline(inputFile1, line)) {outputFile << line << std::endl;}// 从文件2读取并写入到新文件while (std::getline(inputFile2, line)) {outputFile << line << std::endl;}// 关闭文件inputFile1.close();inputFile2.close();outputFile.close();std::cout << "文件已成功合并为 merged_file.txt" << std::endl;return 0;
}

运行结果:

在这里插入图片描述

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