C++ 文件操作 - L24 进阶概念

📚 文件操作概述

为什么需要文件操作？

程序运行时数据存储在内存中，程序结束后数据会丢失。文件操作可以将数据持久化保存到磁盘，实现数据的长期存储。

✅ 数据持久化：保存用户数据、配置信息
✅ 数据共享：不同程序之间交换数据
✅ 大数据处理：处理超出内存容量的数据
✅ 日志记录：记录程序运行状态和错误信息
✅ 数据备份：重要数据的备份和恢复

💡 文件类型：
• 文本文件：以ASCII码存储，人类可读（如.txt、.csv）
• 二进制文件：以二进制格式存储，效率高（如.dat、.bin）

C++文件操作的核心类

#include <iostream>
#include <fstream>  // 文件操作头文件
using namespace std;

int main() {
    // 三个核心类：
    // ofstream - 输出文件流（写文件）
    // ifstream - 输入文件流（读文件）
    // fstream  - 文件流（读写文件）
    
    // 示例：创建输出文件流对象
    ofstream outFile;
    
    // 示例：创建输入文件流对象
    ifstream inFile;
    
    // 示例：创建读写文件流对象
    fstream file;
    
    return 0;
}

文件打开模式

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

int main() {
    // 常用打开模式：
    // ios::in      - 读取模式
    // ios::out     - 写入模式（默认，会清空文件）
    // ios::app     - 追加模式（在文件末尾添加）
    // ios::ate     - 打开后定位到文件末尾
    // ios::trunc   - 如果文件存在则清空（与out一起使用）
    // ios::binary  - 二进制模式
    
    // 示例1：写入文件（覆盖模式）
    ofstream out1("test.txt", ios::out);
    
    // 示例2：追加到文件
    ofstream out2("test.txt", ios::app);
    
    // 示例3：读取文件
    ifstream in("test.txt", ios::in);
    
    // 示例4：读写二进制文件
    fstream bin("data.bin", ios::in | ios::out | ios::binary);
    
    return 0;
}

⚙️ 文件基本操作

写入文本文件

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

int main() {
    // 方法1：构造函数直接打开
    ofstream outFile("hello.txt");
    
    // 检查文件是否成功打开
    if (!outFile.is_open()) {
        cerr << "无法打开文件！" << endl;
        return 1;
    }
    
    // 写入数据
    outFile << "Hello, File!" << endl;
    outFile << "这是第二行" << endl;
    outFile << 123 << " " << 45.67 << endl;
    
    // 关闭文件
    outFile.close();
    
    cout << "文件写入成功！" << endl;
    
    return 0;
}

读取文本文件

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

int main() {
    ifstream inFile("hello.txt");
    
    if (!inFile.is_open()) {
        cerr << "无法打开文件！" << endl;
        return 1;
    }
    
    // 方法1：逐行读取
    string line;
    cout << "=== 逐行读取 ===" << endl;
    while (getline(inFile, line)) {
        cout << line << endl;
    }
    
    // 重置文件指针到开头
    inFile.clear();
    inFile.seekg(0, ios::beg);
    
    // 方法2：逐个单词读取
    cout << "\n=== 逐词读取 ===" << endl;
    string word;
    while (inFile >> word) {
        cout << word << " ";
    }
    cout << endl;
    
    inFile.close();
    
    return 0;
}

追加模式写入

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

int main() {
    // 使用ios::app模式，在文件末尾追加内容
    ofstream outFile("log.txt", ios::app);
    
    if (!outFile.is_open()) {
        cerr << "无法打开文件！" << endl;
        return 1;
    }
    
    // 追加日志信息
    outFile << "[2024-01-01] 程序启动" << endl;
    outFile << "[2024-01-01] 执行任务A" << endl;
    outFile << "[2024-01-01] 程序结束" << endl;
    
    outFile.close();
    
    cout << "日志已追加！" << endl;
    
    return 0;
}

🎮 互动实验：文件操作演示

模拟文件的写入和读取过程

文件名：

写入内容：

输入内容后点击按钮...

🛠️ 常用文件方法

文件状态检查

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

int main() {
    ifstream inFile("test.txt");
    
    // 检查文件是否打开
    if (inFile.is_open()) {
        cout << "文件已打开" << endl;
    }
    
    // 检查是否到达文件末尾
    if (inFile.eof()) {
        cout << "已到达文件末尾" << endl;
    }
    
    // 检查是否有错误
    if (inFile.fail()) {
        cout << "读取失败" << endl;
    }
    
    // 检查是否良好（无错误）
    if (inFile.good()) {
        cout << "文件状态良好" << endl;
    }
    
    // 获取文件大小
    inFile.seekg(0, ios::end);
    int size = inFile.tellg();
    cout << "文件大小：" << size << " 字节" << endl;
    
    inFile.close();
    
    return 0;
}

文件指针操作

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

int main() {
    fstream file("test.txt", ios::in | ios::out);
    
    // seekg()：移动读取指针
    // seekp()：移动写入指针
    
    // 移动到文件开头
    file.seekg(0, ios::beg);
    
    // 移动到文件末尾
    file.seekg(0, ios::end);
    
    // 从当前位置向前移动10个字节
    file.seekg(-10, ios::cur);
    
    // tellg()：获取当前读取位置
    int pos = file.tellg();
    cout << "当前位置：" << pos << endl;
    
    file.close();
    
    return 0;
}

二进制文件操作

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

int main() {
    // 写入二进制文件
    ofstream outFile("data.bin", ios::binary);
    
    int num = 12345;
    double pi = 3.14159;
    char str[] = "Hello";
    
    // write()：写入二进制数据
    outFile.write((char*)&num, sizeof(num));
    outFile.write((char*)&pi, sizeof(pi));
    outFile.write(str, sizeof(str));
    
    outFile.close();
    
    // 读取二进制文件
    ifstream inFile("data.bin", ios::binary);
    
    int readNum;
    double readPi;
    char readStr[10];
    
    // read()：读取二进制数据
    inFile.read((char*)&readNum, sizeof(readNum));
    inFile.read((char*)&readPi, sizeof(readPi));
    inFile.read(readStr, sizeof(readStr));
    
    cout << "数字：" << readNum << endl;
    cout << "PI：" << readPi << endl;
    cout << "字符串：" << readStr << endl;
    
    inFile.close();
    
    return 0;
}

🚀 高级文件处理

异常处理

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

void safeWriteFile(const string& filename, const string& content) {
    ofstream outFile(filename);
    
    if (!outFile.is_open()) {
        throw runtime_error("无法打开文件：" + filename);
    }
    
    outFile << content;
    
    if (outFile.fail()) {
        throw runtime_error("写入文件失败");
    }
    
    outFile.close();
}

int main() {
    try {
        safeWriteFile("test.txt", "Hello, World!");
        cout << "写入成功！" << endl;
    } catch (const exception& e) {
        cerr << "错误：" << e.what() << endl;
    }
    
    return 0;
}

实际应用：学生成绩管理

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

struct Student {
    string name;
    int score;
};

// 保存学生数据到文件
void saveStudents(const vector<Student>& students, const string& filename) {
    ofstream outFile(filename);
    
    for (const auto& s : students) {
        outFile << s.name << " " << s.score << endl;
    }
    
    outFile.close();
}

// 从文件读取学生数据
vector<Student> loadStudents(const string& filename) {
    vector<Student> students;
    ifstream inFile(filename);
    
    string name;
    int score;
    
    while (inFile >> name >> score) {
        students.push_back({name, score});
    }
    
    inFile.close();
    return students;
}

int main() {
    // 创建学生数据
    vector<Student> students = {
        {"张三", 90},
        {"李四", 85},
        {"王五", 92}
    };
    
    // 保存到文件
    saveStudents(students, "students.txt");
    cout << "数据已保存！" << endl;
    
    // 从文件读取
    vector<Student> loaded = loadStudents("students.txt");
    
    cout << "\n读取的数据：" << endl;
    for (const auto& s : loaded) {
        cout << s.name << ": " << s.score << endl;
    }
    
    return 0;
}

CSV文件处理

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

// 写入CSV文件
void writeCSV(const string& filename) {
    ofstream outFile(filename);
    
    // 写入表头
    outFile << "姓名,年龄,成绩" << endl;
    
    // 写入数据
    outFile << "张三,18,90" << endl;
    outFile << "李四,19,85" << endl;
    outFile << "王五,20,92" << endl;
    
    outFile.close();
}

// 读取CSV文件
void readCSV(const string& filename) {
    ifstream inFile(filename);
    string line;
    
    // 跳过表头
    getline(inFile, line);
    
    cout << "姓名\t年龄\t成绩" << endl;
    cout << "------------------------" << endl;
    
    while (getline(inFile, line)) {
        stringstream ss(line);
        string name, age, score;
        
        getline(ss, name, ',');
        getline(ss, age, ',');
        getline(ss, score, ',');
        
        cout << name << "\t" << age << "\t" << score << endl;
    }
    
    inFile.close();
}

int main() {
    writeCSV("data.csv");
    cout << "CSV文件已创建！" << endl;
    
    cout << "\n读取CSV文件：" << endl;
    readCSV("data.csv");
    
    return 0;
}

📝 实战练习

📝 理解测试

以下代码的作用是什么？

#include <fstream>
using namespace std;

int main() {
    ofstream file("test.txt", ios::app);
    file << "New Line" << endl;
    file.close();
    return 0;
}

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💻 综合挑战

题目：编写一个程序，实现简单的日记本功能：
1. 可以添加新的日记条目（包含日期和内容）
2. 可以查看所有日记
3. 数据保存到文件中，程序重启后仍然可用

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