11. 文件输入输出：文件流与文件操作

文件操作，说白了就是让程序能读写硬盘上的数据。我刚开始学C++时，觉得这功能没什么大不了。直到有一次，我写了一个学生成绩管理系统，每次关闭程序数据就丢了……嗯，从那以后，我才真正重视起文件操作。

这一章，我们来聊聊C++里怎么跟文件打交道。我会把文件流、文本文件、二进制文件这些概念，用我自己的经验串起来讲。

11.1 文件流的三兄弟：fstream、ifstream、ofstream

C++把文件看作一种流。就像cin和cout是标准输入输出流一样，文件也有自己的流对象。它们都定义在头文件里。

这三兄弟的分工很明确：

• ifstream：专门用来读文件（input file stream）
• ofstream：专门用来写文件（output file stream）
• fstream：既能读又能写，是前两个的合体

打开文件的方式很简单：

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

int main() {
    // 方式一：构造时直接打开
    ofstream outFile("data.txt");
    
    // 方式二：先构造，再手动打开
    ifstream inFile;
    inFile.open("data.txt");
    
    // 方式三：用fstream，指定模式
    fstream ioFile;
    ioFile.open("data.txt", ios::in | ios::out);
    
    return 0;
}

打开模式有很多种，我整理了一张表：

11.2 文本文件读写

文本文件，就是你能用记事本打开、看到文字的那种。读写方式跟cin/cout几乎一样。

写文本文件：

#include <fstream>
using namespace std;

int main() {
    ofstream fout("students.txt");
    
    if (!fout) {
        cerr << "文件打开失败！" << endl;
        return 1;
    }
    
    fout << "张三" << " " << 85 << endl;
    fout << "李四" << " " << 92 << endl;
    fout << "王五" << " " << 78 << endl;
    
    fout.close();
    return 0;
}

读文本文件：

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

int main() {
    ifstream fin("students.txt");
    
    if (!fin) {
        cerr << "文件打开失败！" << endl;
        return 1;
    }
    
    string name;
    int score;
    
    while (fin >> name >> score) {
        cout << name << "的成绩是：" << score << endl;
    }
    
    fin.close();
    return 0;
}

读取整行的写法：

string line;
while (getline(fin, line)) {
    cout << line << endl;
}

11.3 二进制文件读写

二进制文件，存的是数据的原始字节。比如一个int是4个字节，二进制文件就直接存这4个字节，而不是存成"42"这样的字符串。

为什么要用二进制？我举个例子：你要存一个double数组，100万个元素。用文本文件存，每个数字可能占10-20个字符，文件很大。用二进制存，每个double固定8个字节，文件小，读写也快。

写二进制文件：

#include <fstream>
using namespace std;

struct Student {
    char name[20];
    int age;
    double score;
};

int main() {
    Student stu = {"张三", 20, 88.5};
    
    ofstream fout("student.dat", ios::binary);
    if (!fout) {
        cerr << "文件打开失败！" << endl;
        return 1;
    }
    
    // 用 write 函数写入二进制数据
    fout.write(reinterpret_cast<const char*>(&stu), sizeof(stu));
    
    fout.close();
    return 0;
}

读二进制文件：

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

struct Student {
    char name[20];
    int age;
    double score;
};

int main() {
    Student stu;
    
    ifstream fin("student.dat", ios::binary);
    if (!fin) {
        cerr << "文件打开失败！" << endl;
        return 1;
    }
    
    // 用 read 函数读取二进制数据
    fin.read(reinterpret_cast<char*>(&stu), sizeof(stu));
    
    cout << "姓名：" << stu.name << endl;
    cout << "年龄：" << stu.age << endl;
    cout << "成绩：" << stu.score << endl;
    
    fin.close();
    return 0;
}

11.4 文件状态检查

文件操作经常会出错。比如文件不存在、磁盘满了、权限不够。我建议每次打开文件后，都检查一下状态。

常用的检查方法：

ifstream fin("data.txt");

// 方法一：直接判断对象
if (!fin) {
    cerr << "文件打开失败" << endl;
}

// 方法二：用 is_open()
if (!fin.is_open()) {
    cerr << "文件未成功打开" << endl;
}

// 方法三：检查流状态
if (fin.fail()) {
    cerr << "操作失败" << endl;
}
if (fin.eof()) {
    cout << "已读到文件末尾" << endl;
}
if (fin.bad()) {
    cerr << "发生严重错误" << endl;
}

流状态位有四个：

11.5 随机文件访问

文件就像一条磁带，默认是顺序读写的。但有时候，你想跳到文件的某个位置去读写。比如一个文件存了1000条记录，你想直接读第500条，不需要从头读到第499条。

这就是随机访问。C++提供了两个关键函数：

• seekg()：设置读指针的位置（get pointer）
• seekp()：设置写指针的位置（put pointer）
• tellg()：获取当前读指针的位置
• tellp()：获取当前写指针的位置

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

int main() {
    fstream file("data.bin", ios::in | ios::out | ios::binary);
    
    if (!file) {
        cerr << "文件打开失败" << endl;
        return 1;
    }
    
    // 跳到第5个位置（从0开始计数）
    file.seekg(5, ios::beg);
    
    char ch;
    file.get(ch);
    cout << "第5个字符是：" << ch << endl;
    
    // 获取当前位置
    streampos pos = file.tellg();
    cout << "当前位置：" << pos << endl;
    
    // 从当前位置往后跳3个字节
    file.seekg(3, ios::cur);
    
    // 从文件末尾往前跳2个字节
    file.seekg(-2, ios::end);
    
    file.close();
    return 0;
}

seekg的第二个参数有三个选项：

11.6 知识体系总览

下面这张图，把本章的核心知识点串在了一起。你可以把它当作一个快速索引：

这张图展示了文件操作的核心流程。你从文件流出发，根据需求选择ifstream、ofstream或fstream。然后决定用文本方式还是二进制方式。如果需要跳转，就用随机访问。最后，别忘了检查文件状态，确保每一步都走对了。

文件操作其实不难，但细节很多。我建议你多写几个小例子练练手。比如写一个程序，把自己的名字和年龄存到文件里，再读出来。等你能熟练操作了，再尝试更复杂的场景。

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