【C++】文件处理（IO流）

文章目录

  • C++ IO流
    • 1. C语言IO
    • 2. C++IO
      • 2.1 C++标准IO流
      • 2.2 C++文件IO流
      • 2.3 C++ IO 文件常用函数总结表
      • 2.4 C++ stringstream

C++ IO流

回顾一下，C语言中IO输入输出的

1. C语言IO

C语言中常用的输入输出函数有如下几种：前者是格式化标准输入输出，后者是格式化文件输入输出，最后是格式化字符串输入输出。

函数名内容
scanf从标准输入流（键盘）读取格式化的数据
fscanf从所有输入流读取读取格式化数据
sscanf从字符串中读取格式化的数据
printf将格式化的数据输出到标准输出流（屏幕）上
fprintf将格式化数据输出到所有输出流上
sprintf将格式化的数据输出到字符串中

文件的输入输出需要以下几个函数：

函数名功能
fopen打开文件流
fclose关闭文件流
fscanf从所有输入流读取读取格式化数据
fprintf将格式化数据输出到所有输出流上
fread二进制输入
fwrite二进制输出
//文件开关
FILE* fopen   (const char* filename, const char* mode);
int   fclose  (FILE* stream);
//格式化读写
int fprintf (FILE* stream, const char* format [, argument ]...);
int fscanf  (FILE* stream, const char* format [, argument ]...);
//二进制读写
size_t fwrite  (const void* buffer, size_t size, size_t count, FILE* stream);
size_t fread   (      void* buffer, size_t size, size_t count, FILE* stream);

使用方式如下：

struct ServerInfo 
{char _ip[32];int _port;friend ostream& operator<<(ostream& os, ServerInfo& info);friend ostream& operator>>(ostream& os, ServerInfo& info);
};
//测试C语言二进制读写
void TestC_Write_Bin() {ServerInfo info = { "192.168.1.1",80 };FILE* fout = fopen("info.bin", "wb");//assert();fwrite(&info, sizeof(ServerInfo), 1, fout);fclose(fout);
}
void TestC_Read_Bin() {ServerInfo info;FILE* fin = fopen("info.bin", "rb");fread(&info, sizeof(ServerInfo), 1, fin);printf("%s:%d", info._ip, info._port);fclose(fin);
}
//测试C语言字符读写
void TestC_Write_Text() {ServerInfo info = { "192.168.1.1",80 };FILE* fout = fopen("info.txt", "w");fprintf(fout, "%s %d", info._ip, info._port);fclose(fout);
}
void TestC_Read_Text() {ServerInfo info;FILE* fin = fopen("info.txt", "r");fscanf(fin, "%s %d", &info._ip, &info._port);printf("%s:%d", info._ip, info._port);
}

 

2. C++IO

C++ 标准库提供了4个全局流对象cin、cout、cerr、clog。cout、cerr、clog 是 ostream 类的三个不同的对象。使用 cout 进行标准输出，使用 cin 进行标准输入。同时 C++ 标准库还提供了 cerr 用来进行标准错误的输出，以及 clog 进行日志的输出。

以下是常用的标准输入输出对象：

  • cin：标准输入流对象。
  • cout：标准输出流对象。
  • cerr：标准错误输出流对象，通常用于输出错误信息。
  • clog：标准日志流对象，用于输出日志信息。

2.1 C++标准IO流

cout,cin是ostream,istream类的对象，operator<<,operator>>分别是两个对象的操作符重载成员函数。

C++输出输入可直接使用cout>>和cin>>，因为其重载了所有内置类型，对于自定义类型需要自行重载操作符>>和<<。

cin >> a >> b;

operator<<和operator>>的返回值也是ostream&或istream&，因此支持连续输入输出，又是一次函数调用。

cout/cin 取代 printf/scanf 的真正原因是 cout/cin 支持自定义类型，符合面向对象的思想。

当需要循环读入数据时，可以采用如下的方式：

string str;
while (cin >> str) {;
}

从文档中可以看到，operator>>的返回值是istream类型，这个对象类型是如何作真假判断的呢？

原因是istream类的对象支持一个操作符的重载函数叫operator bool，C++98中叫operator void*，C++11中叫operator bool。

这是个特殊的运算符重载函数，该函数不允许限定返回类型，当类型被当作条件判断时，自动调用并将返回值强转为内置的标识，该标识如果为真就继续，如果为假就停止读取。

2.2 C++文件IO流

采用面向对象的思想，C++中文件指针被文件输入输出流对象ofstream、ifstream代替。

和fopen的调用方式类似，创建输入输出流对象，调用其构造函数传入文件地址以及打开模式。fclose被析构函数代替，且析构函数可以自动调用。
 

主要的两个IO类

对象构造函数解释
ofstream (const char fileName, ios_base::openmode mode=ios_base::out)*创建输出流对象，并指定文件地址和打开模式
ifstream (const char fileName, ios_base::openmode mode=ios_base::in)*创建输入流对象，并指定文件地址

ofstream-写文件:

//1. 按字符写入文件内容
void writeCharByChar(const std::string& fileName, const std::string& content) {std::ofstream ofs(fileName);if (!ofs) {std::cerr << "无法打开文件进行写入！" << std::endl;return;}for (char c : content) {ofs.put(c);}ofs.close();
}//2. 使用 put() 方法写入文件内容
void writeUsingPut(const std::string& fileName, const std::string& content) {std::ofstream ofs(fileName);if (!ofs) {std::cerr << "无法打开文件进行写入！" << std::endl;return;}for (char c : content) {ofs.put(c);}ofs.close();
}//3. 按行写入文件内容
void writeLineByLine(const std::string& fileName, const std::string& content) {std::ofstream ofs(fileName);if (!ofs) {std::cerr << "无法打开文件进行写入！" << std::endl;return;}ofs << content << std::endl;ofs.close();
}//4. 使用 write() 方法写入文件内容
void writeUsingWrite(const std::string& fileName, const std::string& content) {std::ofstream ofs(fileName, std::ios::binary);if (!ofs) {std::cerr << "无法打开文件进行写入！" << std::endl;return;}ofs.write(content.c_str(), content.size());ofs.close();
}

 

当然，请看下面的表格，它列出了C++中常用的文件打开模式及其解释：

模式解释
ios::in输入模式，用于读取文件。
ios::out输出模式，用于写入文件。
ios::binary二进制模式，用于以二进制方式读写文件。
ios::ate在文件末尾打开文件，初始位置为文件末尾。
ios::app追加模式，用于在文件末尾追加内容而不覆盖已有内容。
ios::trunc如果文件已存在，则清空文件内容。
ios::in | ios::binary同时指定输入模式和二进制模式，用于以二进制方式读取文件。
ios::out | ios::binary同时指定输出模式和二进制模式，用于以二进制方式写入文件。

常用的有如上几种，该变量的值以二进制位中的不同位为1来标识，也就是说使用异或|就可以组合起来用。

ifstream-读取文件

// 1.按字符读取文件内容
void readCharByChar(const std::string& fileName) {std::ifstream ifs(fileName);if (!ifs) {std::cerr << "无法打开文件进行读取！" << std::endl;return;}char c;// 逐个字符读取文件内容并输出while (ifs.get(c)) {std::cout << c;}ifs.close();
}// 2.使用 get() 方法读取文件内容
void readUsingGet(const std::string& fileName) {std::ifstream ifs(fileName);if (!ifs) {std::cerr << "无法打开文件进行读取！" << std::endl;return;}char buffer[128];// 逐块读取文件内容并输出，每次读取最多128个字符while (ifs.get(buffer, sizeof(buffer))) {std::cout << buffer;}ifs.close();
}// 3.按行读取文件内容
void readLineByLine(const std::string& fileName) {std::ifstream ifs(fileName);if (!ifs) {std::cerr << "无法打开文件进行读取！" << std::endl;return;}std::string line;// 逐行读取文件内容并输出while (std::getline(ifs, line)) {std::cout << line << std::endl;}ifs.close();
}// 4.使用 read() 方法读取文件内容
void readUsingRead(const std::string& fileName) {std::ifstream ifs(fileName, std::ios::binary);if (!ifs) {std::cerr << "无法打开文件进行读取！" << std::endl;return;}// 移动到文件末尾ifs.seekg(0, std::ios::end);// 获取文件大小std::streampos fileSize = ifs.tellg();// 移动回文件开头ifs.seekg(0, std::ios::beg);char buffer[128];// 逐块读取文件内容并输出，每次读取最多128个字符while (ifs.read(buffer, sizeof(buffer))) {std::cout.write(buffer, ifs.gcount());}// 处理剩余的字符ifs.read(buffer, sizeof(buffer));std::cout.write(buffer, ifs.gcount());ifs.close();
}

 

函数：

函数解释
istream& read(char s, streamsize n);*read接口是输入流istream对象的成员函数，参数是变量和大小。
ostream& write(const char s , streamsize n);*write接口是输出流ostream对象的成员函数，参数是写入变量和写入大小。

示例

使用一个ConfigManage类来演示几种文件读写的方式。

struct ServerInfo 
{char _ip[32];int _port;friend ostream& operator<<(ostream& os, ServerInfo& info);friend ostream& operator>>(ostream& os, ServerInfo& info);
};
class ConfigManage {
public:ConfigManage(const char* fileName):_fileName(fileName){}//二进制写入void WriteBin(ServerInfo& info){ofstream ofs(_fileName.c_str(), ios_base::out | ios_base::binary); //创建输出流对象ofs.write((const char*)&info, sizeof(ServerInfo)); //调用write接口}//二进制读取void ReadBin(ServerInfo& info){ifstream ifs(_fileName.c_str(), ios_base::in | ios_base::binary);ifs.read((char*)&info, sizeof(ServerInfo));cout << info << endl;}
private:string _fileName;
};

读写文件更常用的方式是以文本形式读写，因此就可以省略打开模式参数。

ifstream,ofstream文件输入输出类中还继承了iostream的流插入<<流提取>>操作符，也就是对象ofs和ifs也可以使用<<或>>操作符。

struct ServerInfo {friend ostream& operator<<(ostream& os, ServerInfo& info);friend ostream& operator>>(ostream& os, ServerInfo& info);char _ip[32];int _port;
};
ostream& operator<<(ostream& os, ServerInfo& info) {os << info._ip << " " << info._port;return os;
}
istream& operator>>(istream& is, ServerInfo& info) {is >> info._ip >> info._port;return is;
}
//文本写入
void WriteText(ServerInfo& info)
{ofstream ofs(_fileName.c_str());//writeofs.write((const char*)&info, sizeof(ServerInfo));//1.ofs << info._ip << info._port; //对象未重载<<//2.ofs << info; //对象已重载>>
}
//文本读取
void ReadText(ServerInfo& info)
{ifstream ifs(_fileName.c_str());//readifs.read((char*)&info, sizeof(ServerInfo));//1.ofs << info._ip << info._port; //对象未重载<<//2.ifs >> info; //对象已重载>>cout << info << endl;
}

具体调用方式则是如下：

void TestCPP_Write_Bin() {ServerInfo info = { "192.168.1.1",80 };ConfigManage con("config.bin");con.WriteBin(info);
}
void TestCPP_Read_Bin() {ServerInfo info;ConfigManage con("config.bin");con.ReadBin(info);
}
void TestCPP_Write_Text() {ServerInfo info = { "192.168.1.1",80 };ConfigManage con("config.bin");con.WriteText(info);
}
void TestCPP_Read_Text() {ServerInfo info;ConfigManage con("config.bin");con.ReadText(info);
}

文件的输入输出流对象调用构造函数时也可能会失败，C++采取面向对象抛异常的形式。

2.3 C++ IO 文件常用函数总结表

函数及操作符说明
文件位置操作
ifs.seekg(pos)设置输入位置指针到指定位置。
ofs.seekp(pos)设置输出位置指针到指定位置。
ifs.tellg()返回输入位置指针的当前位置。
ofs.tellp()返回输出位置指针的当前位置。
按字符读取和写入
ifs.get(char& ch)从输入流中读取一个字符。
ofs.put(char ch)向输出流中写入一个字符。
按行读取和写入
std::getline(ifs, std::string& str)从输入流中读取一行文本，存储到字符串中。
ofs << str向输出流中写入一个字符串。
读取和写入块数据
ifs.read(char* buffer, streamsize n)从输入流中读取n个字符到缓冲区中。
ofs.write(const char* buffer, streamsize n)将缓冲区中的n个字符写入输出流中。
流状态检查
ifs.eof()判断输入流是否到达文件末尾。
ifs.fail()判断输入流是否发生读取错误。
ifs.good()判断输入流是否处于良好状态。
ifs.clear()清除流的错误状态标志。
字符串流
std::istringstream iss创建字符串输入流。
std::ostringstream oss创建字符串输出流。
iss.str(std::string str)将字符串设置为输入流的内容。
oss.str()获取输出流的字符串内容。
流插入和提取操作符
ifs >> var从输入流中提取数据到变量。
ofs << var将变量的数据插入输出流。

2.4 C++ stringstream

在头文件 下，有三个类：istringstream、ostringstream 和 stringstream，分别用来进行字符串流的输入、输出和输入输出操作。

  • istringstream类用于从字符串中提取数据，类似于从文件或标准输入流中读取数据。它可以将字符串内容转换为各种数据类型。

  • ostringstream类用于将数据写入字符串，类似于将数据写入文件或标准输出流。它可以将各种数据类型转换为字符串。

  • stringstream 类同时支持字符串输入和输出操作。它可以在同一个对象中进行数据的读取和写入。

    在这里插入图片描述

下面的示例代码展示了如何使用 ostringstream 和 istringstream 对自定义对象进行序列化和反序列化

struct PersonInfo {std::string _name;int _age;friend std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const PersonInfo& info) {os << info._name << " " << info._age;return os;}friend std::istream& operator>>(std::istream& is, PersonInfo& info) {is >> info._name >> info._age;return is;}
};int main() {// 序列化PersonInfo info1 = { "zhangsan", 20 };std::ostringstream oss;// 1. 使用对象未重载 << 操作符oss << info1._name << " " << info1._age;// 2. 使用对象已重载 << 操作符oss << " " << info1;std::string str = oss.str();std::cout << "序列化后的字符串: " << str << std::endl;// 反序列化PersonInfo info2;std::istringstream iss(str);iss.str(str);return 0;
}

使用 stringstream类也可以达到同样的效果：

std::stringstream ss;
ss << info1; // 写入对象到字符串流
ss << " serialized"; // 追加一些文本PersonInfo info3;
std::string additionalText;
ss >> info3 >> additionalText; // 从字符串流中读取对象和追加的文本std::cout << "stringstream 读取的对象: " << info3._name << " " << info3._age << std::endl;
std::cout << "附加的文本: " << additionalText << std::endl;

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