电池贪吃蛇
48.39MB · 2025-09-24
C++ 中的 I/O 流 和 文件操作 是处理输入输出的重要工具。C++ 标准库提供了丰富的类和函数，用于从控制台、文件和其他设备读取和写入数据。
流是字节序列。如果字节流是从设备流向内存，这叫做输入操作。如果字节流是从内存流向设备，这叫做输出操作。
学过 C 语言的读者应该知道，它有一整套完成数据读写（I/O）的解决方案：
C 语言的这套 I/O 解决方案也适用于 C++ 程序，但 C++ 并没有“偷懒”，它自己独立开发了一套全新的 I/O 解决方案，其中就包含大家一直使用的 cin 和 cout。
标准输入输出
std::cin：标准输入流（键盘输入）。std::cout：标准输出流（控制台输出）。std::cerr：标准错误流（无缓冲）。std::clog：标准日志流（有缓冲）。ios 是所有流类的基类，它派生出 istream 和 ostream。
特别需要指出的是，为了避免多继承的二义性，从 ios 派生出 istream 和 ostream 时，均使用了 virtual 关键字（虚继承）。
这些流类各自的功能分别为：
C++ 的 I/O 流基于流类库，主要包含以下类：
std::istream：输入流基类。常用于接收从键盘输入的数据；std::ostream：输出流基类。常用于将数据输出到屏幕上；std::iostream：输入输出流基类。继承自 istream 和 ostream 类，因为该类的功能兼两者于一身，既能用于输入，也能用于输出；std::ifstream：文件输入流。用于读取文件中的数据；std::ofstream：文件输出流。用于向文件中写入数据；std::fstream：文件输入输出流。兼 ifstream 和 ofstream 类功能于一身，既能读取文件中的数据，又能向文件中写入数据。分别对应于标准输入流、标准输出流。
声明对执行标准化 I/O 有用的服务。
为用户控制的文件处理声明服务。
在C++中，cout是标准输出流对象，用于向控制台或终端输出数据。它是iostream库中的一部分，可以通过包含头文件来使用。
使用cout进行输出非常简单，只需使用<<运算符将要输出的数据插入到cout对象中即可。以下是一些示例用法：
#include <iostream>
int main() {
int number = 42;
double pi = 3.14159;
std::string message = "Hello, world!";
std::cout << "This is a number: " << number << std::endl;
std::cout << "This is pi: " << pi << std::endl;
std::cout << "This is a message: " << message << std::endl;
return 0;
}
cout对象可以与各种数据类型一起使用，包括基本数据类型（如整数、浮点数、字符等）和自定义类型（如字符串、数组、对象等）。
需要注意的是，cout是一个全局对象，属于std命名空间。因此，在使用cout之前，我们需要使用std::前缀来指定命名空间，或者使用using namespace std;语句来引入整个std命名空间。
在C++中，cin是标准输入流对象，用于从控制台或终端读取用户输入的数据。它也是iostream库的一部分，可以通过包含头文件来使用。
使用cin进行输入非常简单，只需使用>>运算符将输入的数据存储到相应的变量中。以下是一些示例用法：
#include <iostream>
int main() {
int number;
double pi;
std::string message;
std::cout << "Enter a number: ";
std::cin >> number;
std::cout << "Enter the value of pi: ";
std::cin >> pi;
std::cout << "Enter a message: ";
std::cin.ignore(); // 忽略之前的换行符
std::getline(std::cin, message);
std::cout << "You entered: " << number << ", " << pi << ", " << message << std::endl;
return 0;
}
使用cin对象从用户那里读取了一个整数、一个浮点数和一行字符串。每个输入都使用>>运算符将输入的数据存储到相应的变量中。std::getline函数用于读取一行字符串，而std::cin.ignore()函数用于忽略之前的换行符。
cerr是标准错误流对象，用于向控制台或终端输出错误信息。它也是iostream库的一部分，可以通过包含头文件来使用。
使用cerr进行输出也非常简单，只需使用<<运算符将要输出的错误信息插入到cerr对象中即可。以下是一个示例用法：
#include <iostream>
int main() {
int dividend = 10;
int divisor = 0;
if (divisor == 0) {
std::cerr << "Error: Division by zero!" << std::endl;
} else {
int result = dividend / divisor;
std::cout << "Result: " << result << std::endl;
}
return 0;
}
进行了一个除法运算，但是当除数为零时，会输出一个错误信息到cerr对象中。这样可以将错误信息与正常输出分开，使其更易于识别和处理。
与cout不同的是，cerr对象的输出通常会直接显示在控制台或终端的错误输出流中，而不会被重定向或缓冲。这使得cerr适用于输出紧急或重要的错误信息，以便及时通知用户。
clog是标准日志流对象，用于向控制台或终端输出日志信息。它也是iostream库的一部分，可以通过包含头文件来使用。
#include <iostream>
int main() {
int value = 42;
std::clog << "This is a log message: " << value << std::endl;
return 0;
}
使用clog对象输出了一个日志信息，其中包含一个整数值。与cout和cerr不同，clog对象的输出通常会被缓冲，这意味着日志信息可能不会立即显示在控制台或终端上，而是在适当的时机进行刷新。
clog对象通常用于输出一般的日志信息，既不像cout那样用于正常输出，也不像cerr那样用于错误信息。它可以用于记录程序的运行状态、调试信息或其他重要的日志记录。
内存中存放的数据在计算机关机后就会消失。要长久保存数据，就要使用硬盘、光盘、U 盘等设备。为了便于数据的管理和检索，引入了“文件”的概念。
成千上万个文件如果不加分类放在一起，用户使用起来显然非常不便，因此又引入了树形目录（目录也叫文件夹）的机制，可以把文件放在不同的文件夹中，文件夹中还可以嵌套文件夹，这就便于用户对文件进行管理和使用。
所谓“格式”，就是关于文件中每一部分的内容代表什么含义的一种约定。 例如，常见的纯文本文件（也叫文本文件，扩展名通常是“.txt”），指的是能够在 Windows 的“记事本”程序中打开，并且能看出是一段有意义的文字的文件。文本文件的格式可以用一句话来描述：文件中的每个字节都是一个可见字符的 ASCII 码。
所谓“文本文件”和“二进制文件”，只是约定俗成的、从计算机用户角度出发进行的分类，并不是计算机科学的分类。因为从计算机科学的角度来看，所有的文件都是由二进制位组成的，都是二进制文件。文本文件和其他二进制文件只是格式不同而已。
程序运行时产生的数据都属于临时数据，程序一旦运行结束都会被释放。
通过文件可以将数据持久化
C++中对文件操作需要包含头文件 ==< fstream >==
文件类型分为两种：
C++ 标准库中还专门提供了 3 个类用于实现文件操作，它们统称为文件流类，这 3 个类分别为：
写文件步骤如下：
文件打开方式可以配合使用，利用|操作符。文件打开方式：
| 打开方式 | 解释 |
|---|---|
| ios::in | 为读文件而打开文件 |
| ios::out | 为写文件而打开文件 |
| ios::ate | 初始位置：文件尾 |
| ios::app | 追加方式写文件 |
| ios::trunc | 如果文件存在先删除，再创建 |
| ios::binary | 二进制方式 |
例如： 用二进制方式写文件 ios::binary | ios:: out
#include <fstream>
void test1() {
ofstream ofs;
ofs.open("2_4.txt" ,ios::out);
ofs << "姓名：张三" << endl;
ofs << "性别：男" << endl;
ofs << "年龄：18" << endl;
ofs.close();
}
int main() {
test1();
return 0;
}
总结：
读文件与写文件步骤相似，但是读取方式相对于比较多。读文件步骤如下：
示例：
#include "fstream"
#include "string"
#include "iostream"
using namespace std;
void test() {
ifstream ifs;
ifs.open("text.txt", ios::in);
if (!ifs.is_open()) {
cout << "文件打开失败" << endl;
return;
}
//第一种方式
char buf[1024] = {0};
while (ifs >> buf) {
cout << buf << endl;
}
//第二种
// char buf[1024] = {0};
// while (ifs.getline(buf, sizeof(buf))) {
// cout << buf << endl;
// }
//第三种
// string buf;
// while (getline(ifs, buf)) {
// cout << buf << endl;
// }
// char c;
// while ((c = ifs.get()) != EOF) {
// cout << c;
// }
ifs.close();
}
int main() {
test();
return 0;
}
总结：
fstream 是 C++ 标准库中用于文件输入输出的类，它结合了 ifstream（输入文件流）和 ofstream（输出文件流）的功能，既可以读取文件，也可以写入文件。
#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>
int main() {
std::fstream file("example.txt", std::ios::in | std::ios::out | std::ios::app);
if (!file.is_open()) {
std::cerr << "Failed to open file!" << std::endl;
return 1;
}
// 写入数据
file << "Appending a new line to the file." << std::endl;
// 将文件指针移动到文件开头
file.seekg(0, std::ios::beg);
// 读取文件内容
std::string line;
while (std::getline(file, line)) {
std::cout << line << std::endl;
}
file.close();
return 0;
}
以二进制的方式对文件进行读写操作。打开方式要指定为 ==ios::binary==
二进制方式写文件主要利用流对象调用成员函数write
函数原型 ：ostream& write(const char * buffer,int len);
参数解释：字符指针buffer指向内存中一段存储空间。len是读写的字节数
#include "fstream"
#include "string"
using namespace std;
class Person {
public:
char name[64];
int age;
};
void test() {
//1、包含头文件
//2、创建输出流对象
ofstream ofs("person.txt", ios::out | ios::binary);
//3、打开文件
//ofs.open("person.txt", ios::out | ios::binary);
Person p = {"张三" , 18};
//4、写文件
ofs.write((const char *)&p, sizeof(p));
//5、关闭文件
ofs.close();
}
int main() {
test();
return 0;
}
总结： 文件输出流对象 可以通过write函数，以二进制方式写数据
二进制方式读文件主要利用流对象调用成员函数read
函数原型：istream& read(char *buffer,int len);
参数解释：字符指针buffer指向内存中一段存储空间。len是读写的字节数
示例：
#include "fstream"
#include "string"
#include "iostream"
using namespace std;
class Person {
public:
char name[64];
int age;
};
void test() {
//2、创建输入流对象
ifstream ifs("person.txt", ios::in | ios::binary);
if (!ifs.is_open()) {
cout << "文件打开失败" << endl;
return;
}
//3、打开文件
//ofs.open("person.txt", ios::in | ios::binary);
Person p;
//4、读文件
ifs.read((char *)&p, sizeof(p));
//5、关闭文件
ifs.close();
cout << "姓名： " << p.name << " 年龄： " << p.age << endl;
}
int main() {
test();
return 0;
}
文件输入流对象 可以通过read函数，以二进制方式读数据
std::fstream类中定义了一些成员函数和状态标志，用于检测和处理文件错误和状态。以下是一些常用的状态标志和相关的成员函数：
fail()：检测文件操作是否失败。返回true表示失败，返回false表示成功。 bad()：检测文件流是否处于错误状态。返回true表示错误，返回false表示正常。 eof()：检测文件流是否到达文件末尾。返回true表示到达末尾，返回false表示未到达末尾。 good()：检测文件流是否处于正常状态。返回true表示正常，返回false表示出现错误。 clear()：清除文件流的错误状态标志。 rdstate()：返回当前文件流的状态标志。 setstate()：设置文件流的状态标志。
通过使用这些成员函数和状态标志，可以检测和处理文件操作中的错误和状态。例如，可以使用fail()函数来检测文件读取操作是否失败，然后使用clear()函数来清除错误状态标志。
void test() {
cout << "文件错误与状态" << endl;
std::ifstream file("example.txt");
//std::ifstream file("yc.txt");
if (!file) {
//我们检测文件是否成功打开，如果打开失败，则输出错误信息并返回。
std::cerr << "Failed to open the file." << std::endl;
return;
}
int num;
//然后，我们使用while循环从文件中读取整数，并检测读取操作是否失败。如果失败，则输出错误信息并清除错误状态标志。
while (file >> num) {
if (file.fail()) {
std::cerr << "Error reading the file." << std::endl;
file.clear(); // 清除错误状态标志
break;
}
std::cout << num << " ";
}
if (file.eof()) {
//最后，我们检测是否到达文件末尾，并关闭文件。
std::cout << std::endl << "End of file reached." << std::endl;
}
file.close();
std::cerr << "file to close" << std::endl;
//在上述示例中，我们打开了一个名为example.txt的文件，并使用std::ifstream对象file进行读取操作。
}
int main() {
test();
return 0;
}
在C++中，可以使用文件流对象的std::ofstream类来实现文件的追加操作。可以创建新文件或打开已存在的文件进行写入。
要实现文件的追加，需要在打开文件时指定追加模式。可以使用std::ios::app标志来指定追加模式，它会将数据追加到文件的末尾而不是覆盖原有内容。
void test() {
cout << "文件的追加" << endl;
std::ofstream file("yc.txt" , std::ios::app);
if (!file) {
std::cerr << "Failed to open the file." << std::endl;
return;
}
file << "This is a new line." << std::endl;
file << "This is another line." << std::endl;
file.close();
std::ifstream inFile("yc.txt" , std::ios::binary | std::ios::in);
if (inFile.is_open()) {
int data[5];
inFile.read(reinterpret_cast<char*>(data), sizeof(data));
for (int i = 0; i < 5; i++) {
std::cout << data[i] << " " <<endl;
}
inFile.close();
std::cout << std::endl << "Binary file read successfully." << std::endl;
} else {
std::cout << "Failed to open the file for reading." << std::endl;
}
}
int main() {
test();
return 0;
}
在C++中，可以使用文件流对象的eof()函数来判断文件是否已经到达结尾。eof()函数是std::istream和std::ostream类的成员函数，用于检测文件流是否已经到达文件末尾。
eof()函数返回一个bool值，如果文件流已经到达文件末尾，则返回true，否则返回false。
以下是一个示例，演示了如何使用eof()函数来判断文件是否已经到达结尾：
void test() {
cout << "文件结尾的判断" << endl;
std::ifstream file("yc.txt");
if (!file) {
//首先，我们检测文件是否成功打开，如果打开失败，则输出错误信息并返回。
std::cerr << "Failed to open the file." << std::endl;
return;
}
std::string line;
//使用std::getline()函数从文件中逐行读取数据，并将每行数据输出到控制台。
while (std::getline(file,line)) {
std::cout << line << std::endl;
}
if (file.eof()) {
//使用eof()函数检测文件是否已经到达结尾。如果到达结尾，则输出相应的提示信息。
std::cout << "End of file reached." << std::endl;
}
file.close();
}
int main() {
test();
return 0;
}
在C++中，可以使用文件流对象的seekg()和seekp()函数来在指定位置进行文件的读取和写入操作。这两个函数用于设置文件流的读取和写入位置。
seekg()函数用于设置输入文件流的读取位置，而seekp()函数用于设置输出文件流的写入位置。这两个函数都接受一个参数，表示要设置的位置。
以下是一个示例，演示了如何在指定位置读取和写入文件：
void test() {
cout << "在指定位置读/写文件" << endl;
std::fstream file("yc.txt",std::ios::in | std::ios::out);
if (!file) {
std::cerr << "Failed to open the file." << std::endl;
}
cout << "修改前的文件内容" << endl;
string buf;
while (getline(file, buf)) {
cout << buf << endl;
}
// 在指定位置读取文件
file.seekg(5, std::ios::beg); // 从文件开头偏移5个字节
char ch;
file >> ch;
std::cout << "Character at position 5: " << ch << std::endl;
// 在指定位置写入文件
file.seekp(10, std::ios::beg); // 从文件开头偏移10个字节
file << "XYZ";
file.close();
}
int main() {
test();
return 0;
}
文件操作时，需要检查文件是否成功打开或读取。
#include <iostream>
#include <fstream>
int main() {
std::ifstream inFile("nonexistent.txt");
if (!inFile) {
std::cerr << "Failed to open file!n";
return 1;
}
return 0;
}
可以通过 exceptions() 方法启用文件流的异常处理。
#include <iostream>
#include <fstream>
int main() {
std::ifstream inFile;
inFile.exceptions(std::ifstream::failbit | std::ifstream::badbit);
try {
inFile.open("nonexistent.txt");
} catch (const std::ifstream::failure &e) {
std::cerr << "Exception: " << e.what() << std::endl;
}
return 0;
}
从控制面板输入信息，把这些内容写到指定的文本文件。第一步：获取键盘输入内容；第二步：将内容写入到对应文本文件。
int main() {
ofstream ofs;
ofs.open("yc.txt",ios::out);
//第一步，从键盘获取数据
//string data;
char data[64];
cout << "Writing to the file" << endl;
cout << "Enter your name: ";
//键盘输入数据
cin.getline(data, 100);
ofs << data << endl;
cout << "Enter your age: ";
cin >> data;
cin.ignore();
// 再次向文件写入用户输入的数据
ofs << data << endl;
cout << "Enter your book: ";
cin >> data;
cin.ignore();
ofs << data << endl;
ofs.close();
return 0;
}
需求：读取一个文件的内容，然后复制到另一个文件中。
void test() {
//使用std::ifstream类打开源文件，并使用std::ofstream类创建目标文件。
//我们使用std::ios::binary标志来以二进制模式打开文件，以确保正确复制文件的内容。
std::ifstream source_file("yc.txt",std::ios::binary);
std::ofstream destination_file("ycdoubi.txt",std::ios::binary);
if (!source_file) {
std::cout << "无法打开源文件" << std::endl;
return;
}
if (!destination_file) {
std::cout << "无法创建目标文件" << std::endl;
return;
}
char ch;
//使用get函数从源文件逐个字节读取内容，并使用put函数将字节写入目标文件，从而实现文件的复制。这个过程会一直进行，直到源文件的末尾。
while (source_file.get(ch)) {
destination_file.put(ch);
}
//请注意，这个示例是逐个字节复制文件的简单实现。对于大型文件，逐个字节的复制可能效率较低。
//在实际应用中，您可以使用更高效的方法，如缓冲区复制或使用std::copy函数。
source_file.close();
destination_file.close();
std::cout << "文件复制完成" << std::endl;
}
int main() {
test();
return 0;
}
