C++实现文本与二进制文件读写操作的示例_C/C++

在c++开发中，文件操作是必备技能之一。本文将全面解析c++文件读写的核心概念、操作方法和最佳实践，包含丰富的代码示例。

一、文件操作核心类

c++通过<fstream>头文件提供三种核心类：

类名	功能描述	继承关系
ofstream	文件输出流（写操作）	继承自ostream
ifstream	文件输入流（读操作）	继承自istream
fstream	文件输入输出流（读写操作）	继承自iostream

二、文本文件操作

1. 写入文本文件

#include <fstream>
#include <string>

int main() {
    // 创建输出流（默认覆盖模式）
    std::ofstream outfile("data.txt");
    
    if (!outfile) {
        std::cerr << "文件创建失败！" << std::endl;
        return 1;
    }
    
    // 写入不同类型数据
    outfile << "用户日志\n";
    outfile << "id: " << 1001 << "\n";
    outfile << "余额: $" << 2450.75 << "\n";
    
    // 自动关闭文件（raii）
    return 0;
}

2. 读取文本文件

#include <fstream>
#include <iostream>

int main() {
    std::ifstream infile("data.txt");
    
    if (!infile.is_open()) {
        std::cerr << "文件打开失败！" << std::endl;
        return 1;
    }
    
    // 逐行读取
    std::string line;
    while (std::getline(infile, line)) {
        std::cout << line << std::endl;
    }
    
    // 重置读取位置
    infile.clear();
    infile.seekg(0);
    
    // 格式化读取
    int id;
    double balance;
    infile.ignore(100, ':');  // 跳过"id: "
    infile >> id;
    infile.ignore(100, '$'); // 跳过"余额: $"
    infile >> balance;
    
    std::cout << "\n解析结果: id=" << id 
              << ", 余额=" << balance << std::endl;
    
    return 0;
}

三、二进制文件操作

1. 写入二进制数据

#include <fstream>

struct userdata {
    int id;
    double balance;
    char name[32];
};

int main() {
    userdata user = {1001, 2450.75, "张三"};
    
    std::ofstream binfile("user.dat", std::ios::binary);
    binfile.write(reinterpret_cast<char*>(&user), sizeof(user));
    
    return 0;
}

2. 读取二进制数据

#include <fstream>
#include <iostream>

int main() {
    std::ifstream binfile("user.dat", std::ios::binary);
    
    if (!binfile) {
        std::cerr << "二进制文件打开失败！" << std::endl;
        return 1;
    }
    
    userdata user;
    binfile.read(reinterpret_cast<char*>(&user), sizeof(user));
    
    std::cout << "用户id: " << user.id << "\n"
              << "姓名: " << user.name << "\n"
              << "余额: " << user.balance << std::endl;
    
    return 0;
}

四、文件打开模式详解

通过位或运算符组合多种模式：

模式标志	描述
std::ios::in	读模式（默认ifstream）
std::ios::out	写模式（默认ofstream）
std::ios::app	追加模式（不覆盖原有内容）
std::ios::ate	打开后定位到文件末尾
std::ios::trunc	清空文件（默认）
std::ios::binary	二进制模式

// 示例：以追加模式写入文本
std::ofstream logfile("app.log", 
                     std::ios::out | std::ios::app);
                     
// 示例：读写二进制文件（不截断）
std::fstream datafile("records.dat",
                     std::ios::binary |
                     std::ios::in | 
                     std::ios::out);

五、错误处理机制

健壮的文件操作必须包含错误处理：

std::fstream file("critical.dat");

// 检查文件状态
if (file.fail()) {
    std::cerr << "文件操作失败！" << std::endl;
}

// 详细错误诊断
if (!file) {
    if (file.bad()) {
        std::cerr << "不可恢复的错误" << std::endl;
    } else if (file.eof()) {
        std::cerr << "到达文件末尾" << std::endl;
    } else if (file.fail()) {
        std::cerr << "非致命错误（如格式错误）" << std::endl;
    }
}

六、最佳实践与性能优化

1. raii管理资源

{
    std::ofstream tmpfile("temp.txt");
    // 文件在作用域结束时自动关闭
}

2. 高效文件复制

bool copyfile(const std::string& src, const std::string& dst) {
    std::ifstream in(src, std::ios::binary);
    std::ofstream out(dst, std::ios::binary);
    
    if (!in || !out) return false;
    
    const size_t buffer_size = 4096;
    char buffer[buffer_size];
    
    while (in.read(buffer, buffer_size)) {
        out.write(buffer, buffer_size);
    }
    out.write(buffer, in.gcount());  // 写入剩余字节
    
    return true;
}

3. c++17文件系统操作

#include <filesystem>
namespace fs = std::filesystem;

// 检查文件存在
if (fs::exists("data.txt")) {
    // 获取文件大小
    auto size = fs::file_size("data.txt");
    // 重命名文件
    fs::rename("old.txt", "new.txt");
}

七、应用案例：日志系统

class logger {
public:
    logger(const std::string& filename) 
        : logfile(filename, std::ios::app) {}
    
    ~logger() { if (logfile) logfile.close(); }
    
    void log(const std::string& message) {
        if (!logfile) return;
        
        auto now = std::chrono::system_clock::now();
        auto time = std::chrono::system_clock::to_time_t(now);
        logfile << std::put_time(std::localtime(&time), "%f %t")
                << " | " << message << "\n";
    }
    
private:
    std::ofstream logfile;
};

// 使用示例
logger logger("app.log");
logger.log("系统启动");
logger.log("用户登录: id=1001");

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