13、文件与异常处理：文件流（fstream）、文本文件与二进制文件读写、异常处理（try/catch/throw）

大家好，我是老李。今天咱们聊聊C++里两个特别实在的话题——文件读写和异常处理。说实话，这两个东西在真实项目中几乎是天天见。你写个工具要保存配置吧？得用文件。你写个数据处理程序，用户给个坏文件怎么办？得用异常处理兜底。

我刚开始学的时候，总觉得文件操作就是打开、读写、关闭，没啥技术含量。直到有一次，我写的一个日志模块在线上跑了三天，突然把硬盘写满了……嗯，从那以后我再也不敢小看文件流了。

13.1 文件流三兄弟：fstream、ifstream、ofstream

C++ 标准库给我们准备了三个文件流类，都在 <fstream> 头文件里。说白了就是：

• ifstream：只管读文件（input file stream）
• ofstream：只管写文件（output file stream）
• fstream：既能读又能写（file stream）

我个人习惯是，能明确读写方向就用 ifstream/ofstream，只有确实需要同时读写时才用 fstream。为啥？因为接口更清晰，不容易搞混。

13.2 文本文件读写

文本文件，说白了就是你能用记事本打开看的那种。读写方式最直观，用 << 和 >> 就行。

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>
using namespace std;

int main() {
    // 写入文本文件
    ofstream outFile("data.txt");
    if (!outFile) {
        cerr << "文件打开失败！" << endl;
        return 1;
    }
    
    outFile << "姓名：张三" << endl;
    outFile << "年龄：25" << endl;
    outFile << "分数：92.5" << endl;
    outFile.close();
    
    // 读取文本文件
    ifstream inFile("data.txt");
    string line;
    while (getline(inFile, line)) {
        cout << line << endl;
    }
    inFile.close();
    
    return 0;
}

这里有个坑，我踩过好几次——用 >> 读取时，遇到空格就停了。比如读取 "Hello World"，只能读到 "Hello"。所以读整行一定要用 getline()。

13.3 二进制文件读写

二进制文件，说白了就是按内存中的原始字节来读写。适合存结构体、图片、音频这些数据。读写用 read() 和 write() 成员函数。

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <cstring>
using namespace std;

struct Student {
    char name[32];
    int age;
    double score;
};

int main() {
    Student stu1 = {"李四", 22, 88.5};
    
    // 写入二进制文件
    ofstream outFile("student.dat", ios::binary);
    if (!outFile) {
        cerr << "打开文件失败" << endl;
        return 1;
    }
    outFile.write(reinterpret_cast<const char*>(&stu1), sizeof(Student));
    outFile.close();
    
    // 读取二进制文件
    Student stu2;
    ifstream inFile("student.dat", ios::binary);
    if (!inFile) {
        cerr << "打开文件失败" << endl;
        return 1;
    }
    inFile.read(reinterpret_cast<char*>(&stu2), sizeof(Student));
    inFile.close();
    
    cout << "姓名：" << stu2.name << endl;
    cout << "年龄：" << stu2.age << endl;
    cout << "分数：" << stu2.score << endl;
    
    return 0;
}

看到 reinterpret_cast<char*> 别慌。这是 C++ 风格的类型转换，意思就是「把这块内存当字节数组看」。我刚开始也觉得这写法别扭，但用多了就习惯了——它比 C 风格的强制转换安全得多。

13.4 文件状态与定位

文件流有几个状态标志位，你得知道：

状态函数	说明
good()	一切正常，没有错误也没有到达文件尾
eof()	到达文件末尾
fail()	上次操作失败（比如类型不匹配）
bad()	发生严重错误（比如磁盘损坏）
clear()	重置所有状态标志

文件定位也很常用。比如你要读取一个二进制文件的第 N 条记录：

ifstream file("data.bin", ios::binary);
// 跳到第5条记录（假设每条记录100字节）
file.seekg(4 * 100, ios::beg);
// 读取记录
char record[100];
file.read(record, 100);

seekg 是给输入流用的，seekp 是给输出流用的。我当年搞混过一次，debug 了一下午才发现……

13.5 异常处理：try / catch / throw

好了，文件读写说完了，咱们聊聊异常处理。为啥要把这两个放一起？因为文件操作太容易出错了——文件不存在、权限不够、磁盘满了……没有异常处理，程序动不动就崩。

C++ 的异常处理机制就三个关键字：

• try：把可能出错的代码包起来
• catch：捕获并处理异常
• throw：抛出异常（可以抛任何类型）

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <stdexcept>
using namespace std;

void readConfig(const string& filename) {
    ifstream file(filename);
    if (!file) {
        throw runtime_error("无法打开配置文件: " + filename);
    }
    
    string line;
    while (getline(file, line)) {
        // 处理配置...
        cout << "读取配置: " << line << endl;
    }
}

int main() {
    try {
        readConfig("config.ini");
    }
    catch (const runtime_error& e) {
        cerr << "错误: " << e.what() << endl;
        return 1;
    }
    catch (...) {
        cerr << "发生了未知错误" << endl;
        return 1;
    }
    
    return 0;
}

13.6 自定义异常类

有时候标准异常不够用，你可以自己定义。比如文件操作中，我想区分「文件不存在」和「权限不足」：

#include <stdexcept>
#include <string>
using namespace std;

class FileException : public runtime_error {
public:
    FileException(const string& msg, int errCode)
        : runtime_error(msg), m_errCode(errCode) {}
    
    int getErrorCode() const { return m_errCode; }
    
private:
    int m_errCode;
};

// 使用示例
void openFile(const string& path) {
    ifstream file(path);
    if (!file) {
        if (errno == EACCES) {
            throw FileException("权限不足", 13);
        }
        else {
            throw FileException("文件打开失败", errno);
        }
    }
}

为什么要自定义异常？说白了，就是让调用方能根据不同的错误码做不同的处理。比如权限不足可以提示用户，文件不存在可以自动创建。

13.7 综合实战：带异常处理的配置文件读写

最后来个综合例子，把今天学的串起来：

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>
#include <map>
#include <stdexcept>
using namespace std;

class ConfigManager {
public:
    void load(const string& filename) {
        ifstream file(filename);
        if (!file) {
            throw runtime_error("无法打开配置文件: " + filename);
        }
        
        m_data.clear();
        string line;
        while (getline(file, line)) {
            if (line.empty() || line[0] == '#') continue;
            
            size_t pos = line.find('=');
            if (pos == string::npos) {
                throw runtime_error("配置格式错误: " + line);
            }
            
            string key = line.substr(0, pos);
            string value = line.substr(pos + 1);
            m_data[key] = value;
        }
    }
    
    string get(const string& key, const string& defaultVal = "") {
        auto it = m_data.find(key);
        if (it != m_data.end()) {
            return it->second;
        }
        return defaultVal;
    }
    
private:
    map<string, string> m_data;
};

int main() {
    ConfigManager config;
    
    try {
        config.load("app.conf");
        cout << "数据库地址: " << config.get("db_host", "localhost") << endl;
        cout << "端口: " << config.get("db_port", "3306") << endl;
    }
    catch (const runtime_error& e) {
        cerr << "配置加载失败: " << e.what() << endl;
        return 1;
    }
    
    return 0;
}

这个例子我实际项目中改过好几版。一开始没加异常处理，用户给个格式不对的配置文件，程序直接崩。后来加了 try/catch，至少能给出友好的错误提示了。

好了，文件与异常处理就聊到这儿。记住一句话：文件操作必检查，异常处理要具体。这两样用好了，你的程序会健壮很多。

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