九.流

news/发布时间2024/7/27 15:18:13

内容参考：

C++文件读写详解（ofstream,ifstream,fstream）_c++ 文件读写-CSDN博客

一. 概述

分类：

在程序设计中，用于输入/输出的流是必不可少的。C++中，依照用途不同，流可以被划分位三种：

标准IO流：内存与标准输入、输出设备间的通信，一般是控制台。
文件IO流：内存与外部文件之间的通信。
字符串IO流：内存变量与字符串流的字符串数组之间的消息传递。

类关系图：

可以看出：

ios：所有流的基类，保存流的状态并处理错误。
标准IO流：
- istream：输入流。C+为该类创建了cin对象，并重载了>>操作符，用于输入。
- ostream：输出流。C++为该类创建了cout对象，并重载了<<操作符，用于输出。
- iostream：输入输出流。C++为该类创建了cerr对象，是导出程序错误消息的地方，只允许向屏幕设备写数据。
文件IO流：
- ifstream：文件输入流类。
- ofstream：文件输出流类。
- fstream：文件输入、输出流类。
字符串IO流：串流提供了两套类，一套基于C类字符串char*编写，定义于头文件strstream；一套基于std::string编写，定义于头文件sstream。C++委员会推荐使用后者。
- 基于std::string编写的：
  - istringstream：串输入流
  - ostringstream：串输出流
  - stringstream：串输入、输出流
- 基于char*编写的：
  - istrstream：串输入流
  - ostrstream：串输出流
  - strstream：串输入、输出流
缓冲区：包括streambuf、filebuf、stringbuf。流与控制台、文件、字符串之间的读写并不是直接进行的，而是通过一个缓冲区，内容先经过缓冲区，然后缓冲区在一定条件下将内容再传递出去。

二. 文件流

如上文所述，文件流包括三种：

ifstream：文件输入流类。
ofstream：文件输出流类。
fstream：文件输入、输出流类。

这里主要记录fstream流的内容。

头文件：

#include <fstream>

1. 打开文件

成员函数。

函数原型：

void open ( const char * filename,ios_base::openmode mode = ios_base::in | ios_base::out );void open(const wchar_t *_Filename,ios_base::openmode mode= ios_base::in | ios_base::out,int prot = ios_base::_Openprot)；

filename：文件名，也就是文件的地址。

mode：打开文件的方式，定义于所有流的基类ios中，有如下几种方式：

ios::in	为输入(读)而打开文件
ios::out	为输出(写)而打开文件
ios::ate	初始位置：文件尾
ios::app	所有输出附加在文件末尾
ios::trunc	如果文件已存在则先删除该文件
ios::binary	二进制方式

这些方式之间可以组合使用，使用或运算符进行组合，例如：

#include <fstream>
ofstream out;
out.open("Hello.txt", ios::in|ios::out|ios::binary)                 //根据自己需要进行适当的选取

prot：打开文件的属性，一般很少用到，在流基类ios中定义：

0 普通文件，打开操作

1 只读文件

2 隐含文件

4 系统文件

0	普通文件，打开操作
1	只读文件
2	隐含文件
4	系统文件

注意：

文件相关的流在构造函数中调用了open()函数，因此可以直接使用流对象进行文件的操作。例如：

ofstream out("hello.txt", ios::out);
ifstream in("hello.txt", ios::in);
fstream io("hello.txt", ios::in|ios::out);

判断文件是否打开成功：

成员函数is_open()。

#include <fstream>
fstream stream;stream.open("demo.txt");
// 判断文件是否打开成功
if (!stream.is_open()) {cout << "文件打开失败！" << endl;system("pause");exit(-1);
}

2. 关闭文件

函数：close()

注意：

在使用流读取文件时，该流不能用于读取其余文件，该文件也无法被其余进程访问。在对文件的读写操作结束之后，我们必须要关闭流，从而将缓存中的数据释放出来并关闭文件。
文件相关的流为了避免程序员忘记关闭流，在析构函数中调用了close()函数。

3. 文本文件的读写

3.1 写

文件流类重载了流插入运算符<<，通过流对象和<<运算符，即可写文件。

#include <fstream>
fstream stream;
stream.open("hello.txt", ios::in);
stream << "hello\n";
stream << "world!";
stream.close();

3.2 读

依次读：

和写类似，读也需要流输出运算符>>。

#include <iostream.h>
#include <fstream.h>
#include <stdlib.h>int main () {char buffer[256];ifstream in("test.txt");if (! in.is_open()){ cout << "Error opening file"; exit (1); }while (!in.eof() ){in.getline (buffer,100);cout << buffer << endl;}return 0;
}

输出：

//结果 在屏幕上输出This is a line.This is another line

这里我们使用了一个新的成员函数eof()，它是从类ios中继承过来的。当到达文件末尾时，返回true。

按行来读：

通过成员函数getlint()，可以一次读取一行。

#include <fstream>
fstream io;
string line;io.open("text.txt");// 从文件中读取一行数据，并将读取到的数据写入字符串变量line中
getline(io, line);

3.3 校验读写状态

文件流类中有一些成员函数用于校验流的状态：

bad()：如果在读写过程中出错，返回 true 。例如：当我们要对一个不是打开为写状态的文件进行写入时，或者我们要写入的设备没有剩余空间的时候。
fail()：除了与bad() 同样的情况下会返回 true 以外，加上格式错误时也返回true ，例如当想要读入一个整数，而获得了一个字母的时候。
eof()：如果读文件到达文件末尾，返回true。
good()：这是最通用的：如果调用以上任何一个函数返回true 的话，此函数返回 false 。

3.4 流指针

在使用流对象读写文件时，至少存在一个流指针，指向文件中的内容。这些指针如下：

ifstream：类似istream, 有一个被称为get pointer的指针，指向下一个将被读取的元素。
ofstream：类似 ostream, 有一个指针 put pointer ，指向写入下一个元素的位置。
fstream,：类似 iostream, 同时继承了get 和 put两个指针。

获取指针：

tellg() 和 tellp()：

这两个成员函数不用传入参数，返回pos_type 类型的值(根据ANSI-C++ 标准) ，就是一个整数，代表当前get 流指针的位置 (用tellg) 或 put 流指针的位置(用tellp).

设置指针位置：

seekg() 和seekp()
这对函数分别用来改变流指针get 和put的位置。两个函数都被重载为两种不同的原型：

```
  seekg ( pos_type position );seekp ( pos_type position );
```
参数：

position：流指针改变指向后的绝对位置。要求传入的参数类型必须与函数 tellg 和tellp 的返回值类型相同。

使用这个原型，流指针被改变为指向从文件开始计算的一个绝对位置。要求传入的参数类型与函数 tellg 和tellp 的返回值类型相同。
```
  seekg ( off_type offset, seekdir direction );seekp ( off_type offset, seekdir direction );
```
参数：
- offset：偏移量。
- direction：开始计算偏移的位置：
  - ios::beg：从流开始位置计算的位移。
  - ios::cur：从流指针当前位置开始计算的唯一。
  - ios::end：从流末尾处开始计算的位移。

注意：
流指针 get 和 put 的值对文本文件(text file)和二进制文件(binary file)的计算方法都是不同的，因为文本模式的文件中某些特殊字符可能被修改。由于这个原因，建议对以文本文件模式打开的文件总是使用seekg 和 seekp的第一种原型，而且不要对tellg 或 tellp 的返回值进行修改。对二进制文件，你可以任意使用这些函数，应该不会有任何意外的行为产生。

EG：使用流指针来获取一个二进制文件的大小：

#include <iostream.h>
#include <fstream.h>const char * filename = "test.txt";int main () {long l,m;ifstream in(filename, ios::in|ios::binary);l = in.tellg();in.seekg (0, ios::end);m = in.tellg();in.close();cout << "size of " << filename;cout << " is " << (m-l) << " bytes.\n";return 0;
}//结果:
size of example.txt is 40 bytes.

4. 二进制文件的读写

在二进制文件中，依旧可以使用<<、>>以及函数getline()来进行输入和输出，但这需要我们对二进制进行转化，这相当麻烦。

文件流包含两个为顺序读写数据而特殊设计的成员函数：

```
  write ( char * buffer, streamsize size );
```
- 来源：是ostream 的一个成员函数，被ofstream所继承。由于存在继承链ostream->iostream->fstream，因此fstream也继承了该成员函数。
- 参数：
  - buffer：要写入的数据。
  - size：要写入的字符数。
```
  read ( char * buffer, streamsize size );
```
- 来源：是istream的一个成员函数，被ifstream 所继承。由于存在继承链istream->iostream->fstream。因此fstream也继承了该成员函数。

EG：

// reading binary file
#include <iostream>
#include <fstream.h>const char * filename = "test.txt";int main () {char * buffer;long size;ifstream in (filename, ios::in|ios::binary|ios::ate);size = in.tellg();in.seekg (0, ios::beg);buffer = new char [size];in.read (buffer, size);in.close();cout << "the complete file is in a buffer";delete[] buffer;return 0;
}
//运行结果：
The complete file is in a buffer

5. 缓存与同步

当我们使用流对文件进行操作时，流并没有直接接触到文件，而是通过一个streambuff类型的缓存(buff)和文件进行交互。这个缓存实际上是一块内存空间，它的原理是：

一个流读/写一个文件n个字符。
n个字符先进入该流的缓存(buff)中。
当缓存(buff)被排放(flush)时，它里面的数据会被真正写入文件或读出。这一步被称之为同步(synchronization)。同步会发生的情况如下：
- 当文件被关闭时：在文件被关闭之前，所有还没有被完全写出或读取的缓存都将被同步。
- 当缓存buffer 满时：缓存Buffers 有一定的空间限制。当缓存满时，它会被自动同步。
- 控制符明确指明：当遇到流中某些特定的控制符时，同步会发生。这些控制符包括：flush 和endl。
- 明确调用函数sync()：调用成员函数sync() (无参数)可以引发立即同步。这个函数返回一个int 值，等于-1 表示流没有联系的缓存或操作失败。