如何使用 <fstream> 類進行檔案的 I/O 處理（轉）

如何使用 <fstream> 類進行檔案的 I/O 處理（轉）

作者：Danny Kalev 編譯：MTT 工作室 摘要：傳統的檔案 I/O 庫如 Unix 的 <io.h> 和 <stdio.h> ，由于其程式接口的原因，在很大程度上強制程式員進行某些處理，缺乏類型安全和國際化支援。C++ 的 <fstream> 庫則在檔案的 I/O 方面提供了一個增強的、面向對象的、具有國際化意識的庫。本文将介紹如何使用這個庫進行檔案的 I/O 處理并利用它來編寫易于跨平台的代碼。 　　大多數 C++ 程式員都熟悉不止一個檔案 I/O 庫。首先是傳統的 Unix 風格的庫，它由一些低級函數如 read() 和 open()組成。其次是 ANSI C 的 <stdio.h> 庫，它包含 fopen() 和 fread()等函數。其它的還有一些具備所有權的庫或架構，比如 MFC，它有很多自己的檔案處理類。 這些庫一般都很難跨平台使用。更糟的是，上述提到的 C 庫由于其程式接口的原因，在很大程度上強制程式員進行某些處理，而且缺乏類型安全支援。 标準 C++ 提供提供了一個增強的、面向對象的、具有國際化意識的 <fstream> 庫。這個庫包含一系列派生于标準 ios_base 和 ios 類的類模闆。是以， <fstream> 提供了進階的自動控制機制和健壯性。本文下面将示範如何使用 <fstream> 類實作檔案的輸入/輸出處理： 第一步：建立檔案流 輸入檔案流（ifstream）支援重載的 >> 操作符，同樣，輸出檔案流（ofstream）支援重載的 << 操作符。結合了輸入和輸出的檔案流被稱為 fstream。下面的程式建立了一個 ifstream 對象：dict，并将該對象中的每一個單字顯示到螢幕上： #include <iostream> #include <string> #include <fstream> #include <cstdlib> using namespace std; int main() { string s; cout<<"enter dictionary file: "; cin>>s; ifstream dict (s.c_str());  if (!dictionary) // were there any errors on opening?  exit(-1); while (dictionary >> s) cout << s <<''\n''; } 我們必須調用 string::c_str() 成員函數，因為 fstream 對象隻接受常量字元串作為檔案名。當你将檔案名作為參數傳遞時，構造函數試圖打開指定的檔案。接着，我們用重載的！操作符來檢查檔案的狀态。如果出錯，該操作符估值為 true。最後一行是個循環，每次反複都從檔案讀取一個單字，将它拷貝到 s，然後顯示出來。注意我們不必顯式地檢查 EOF，因為重載操作符 >> 會自動處理。此外，我們不用顯式地關閉此檔案，因為析構函數會為我們做這件事情。 過時和荒廢的 <fstream.h> 庫支援 ios::nocreate 和 ios::noreplace 标志。但新的 <fstream> 庫已經取代了 <fstream.h> 并不再支援這兩個标志。 檔案的打開模式 如果你不顯式指定打開模式，fstream 類将使用預設值。例如，ifstream 預設以讀方式打開某個檔案并将檔案指針置為檔案的開始處。為了向某個檔案寫入資料，你需要建立一個 ofstream 對象。<fstream> 定義了下列打開模式和檔案屬性： ios::app // 從後面添加 ios::ate // 打開并找到檔案尾 ios::binary // 二進制模式 I/O (與文本模式相對) ios::in // 隻讀打開 ios::out // 寫打開 ios::trunc // 将檔案截為 0 長度 你可以用位域操作符 OR 組合這些标志： ofstream logfile("login.dat", ios::binary | ios::app); fstream 類型對象同時支援讀和寫操作： fstream logfile("database.dat", ios::in | ios::out); 第二步：設定檔案的位置 檔案具備一個邏輯指針，它指向該檔案中的某個偏移位置。你可以通過調用seekp()成員函數，以位元組為機關将這個指針定位到檔案的任意位置。為了擷取從檔案開始處到目前偏移的位元組數，調用seekp()即可。在下面的例子中，程式将檔案位置前移10個位元組，然後調用 tellp()報告新位置： ofstream fout("parts.txt"); fout.seekp(10); // 從0偏移開始前進 10 個位元組 cout<<"new position: "<<fout.tellp(); // 顯示 10 你可以用下面的常量重新定位文ian指針： ios::beg // 檔案開始位置 ios::cur // 目前位置，例如: ios::cur+5 ios::end // 檔案尾 第三步：讀寫資料 fstream 類為所有内建資料類型以及 std::string 和 std::complex 類型重載 << 和 >> 操作符。下面的例子示範了這些操作符的使用方法： fstream logfile("log.dat");  logfile<<time(0)<<"danny"<<''\n''; // 寫一條新記錄 logfile.seekp(ios::beg); // 位置重置 logfile>>login>>user; // 讀取以前寫入的值   作者簡介 Danny Kalev 是一名通過認證的系統分析師和軟體工程師，專攻 C++ 和形式語言理論。1997 年到 2000 年期間，他是 C++ 标準委員會成員。最近他以優異成績完成了他在普通語言學研究方面的碩士論文。業餘時間他喜歡聽古典音樂，閱讀維多利亞時期的文學作品，研究 Hittite、Basque 和 Irish Gaelic 這樣的自然語言。其它興趣包括考古和地理。Danny 時常到一些 C++ 論壇并定期為不同的 C++ 網站和雜志撰寫文章。他還在教育機構講授程式設計語言和應用語言課程。 檔案 I/O 在C++中比烤蛋糕簡單多了。在這篇文章裡，我會詳細解釋ASCII和二進制檔案的輸入輸出的每個細節，值得注意的是，所有這些都是用C++完成的。 一、ASCII 輸出 為了使用下面的方法, 你必須包含頭檔案<fstream.h>(譯者注：在标準C++中，已經使用<fstream>取代< fstream.h>，所有的C++标準頭檔案都是無字尾的。)。這是 <iostream.h>的一個擴充集, 提供有緩沖的檔案輸入輸出操作. 事實上, <iostream.h> 已經被<fstream.h>包含了, 是以你不必包含所有這兩個檔案, 如果你想顯式包含他們，那随便你。我們從檔案操作類的設計開始, 我會講解如何進行ASCII I/O操作。如果你猜是"fstream," 恭喜你答對了！但這篇文章介紹的方法,我們分别使用"ifstream"?和 "ofstream" 來作輸入輸出。 如果你用過标準控制台流"cin"?和 "cout," 那現在的事情對你來說很簡單。我們現在開始講輸出部分，首先聲明一個類對象。ofstream fout; 這就可以了，不過你要打開一個檔案的話, 必須像這樣調用ofstream::open()。 fout.open("output.txt"); 你也可以把檔案名作為構造參數來打開一個檔案. ofstream fout("output.txt"); 這是我們使用的方法, 因為這樣建立和打開一個檔案看起來更簡單. 順便說一句, 如果你要打開的檔案不存在，它會為你建立一個, 是以不用擔心檔案建立的問題. 現在就輸出到檔案，看起來和"cout"的操作很像。對不了解控制台輸出"cout"的人, 這裡有個例子。 int num = 150; char name[] = "John Doe"; fout << "Here is a number: " << num << "\n"; fout << "Now here is a string: " << name << "\n"; 現在儲存檔案，你必須關閉檔案，或者回寫檔案緩沖. 檔案關閉之後就不能再操作了, 是以隻有在你不再操作這個檔案的時候才調用它，它會自動儲存檔案。回寫緩沖區會在保持檔案打開的情況下儲存檔案, 是以隻要有必要就使用它。回寫看起來像另一次輸出, 然後調用方法關閉。像這樣： fout << flush; fout.close(); 現在你用文本編輯器打開檔案，内容看起來是這樣： Here is a number: 150 Now here is a string: John Doe 很簡單吧! 現在繼續檔案輸入, 需要一點技巧, 是以先确認你已經明白了流操作，對 "<<" 和">>" 比較熟悉了, 因為你接下來還要用到他們。繼續… 二、ASCII 輸入 輸入和"cin" 流很像. 和剛剛讨論的輸出流很像, 但你要考慮幾件事情。在我們開始複雜的内容之前, 先看一個文本： 12 GameDev 15.45 L This is really awesome! 為了打開這個檔案，你必須建立一個in-stream對象,?像這樣。 ifstream fin("input.txt"); 現在讀入前四行. 你還記得怎麼用"<<" 操作符往流裡插入變量和符号吧？好,?在 "<<" (插入)?操作符之後，是">>" (提取) 操作符. 使用方法是一樣的. 看這個代碼片段. int number; float real; char letter, word[8]; fin >> number; fin >> word; fin >> real; fin >> letter; 也可以把這四行讀取檔案的代碼寫為更簡單的一行。 fin >> number >> word >> real >> letter; 它是如何運作的呢? 檔案的每個空白之後, ">>" 操作符會停止讀取内容, 直到遇到另一個>>操作符. 因為我們讀取的每一行都被換行符分割開(是空白字元), ">>" 操作符隻把這一行的内容讀入變量。這就是這個代碼也能正常工作的原因。但是，可别忘了檔案的最後一行。 This is really awesome! 如果你想把整行讀入一個char數組, 我們沒辦法用">>"?操作符，因為每個單詞之間的空格（空白字元）會中止檔案的讀取。為了驗證： char sentence[101]; fin >> sentence; 我們想包含整個句子, "This is really awesome!" 但是因為空白, 現在它隻包含了"This". 很明顯, 肯定有讀取整行的方法, 它就是getline()。這就是我們要做的。 fin.getline(sentence, 100); 這是函數參數. 第一個參數顯然是用來接受的char數組. 第二個參數是在遇到換行符之前，數組允許接受的最大元素數量. 現在我們得到了想要的結果：“This is really awesome!”。 你應該已經知道如何讀取和寫入ASCII檔案了。但我們還不能罷休，因為二進制檔案還在等着我們。 三、二進制 輸入輸出 二進制檔案會複雜一點, 但還是很簡單的。首先你要注意我們不再使用插入和提取操作符(譯者注：<< 和 >> 操作符). 你可以這麼做，但它不會用二進制方式讀寫。你必須使用read() 和write() 方法讀取和寫入二進制檔案. 建立一個二進制檔案, 看下一行。 ofstream fout("file.dat", ios::binary); 這會以二進制方式打開檔案, 而不是預設的ASCII模式。首先從寫入檔案開始。函數write() 有兩個參數。第一個是指向對象的char類型的指針, 第二個是對象的大小（譯者注：位元組數）。 為了說明，看例子。 int number = 30; fout.write((char *)(&number), sizeof(number)); 第一個參數寫做"(char *)(&number)". 這是把一個整型變量轉為char *指針。如果你不了解，可以立刻翻閱C++的書籍，如果有必要的話。第二個參數寫作"sizeof(number)". sizeof() 傳回對象大小的位元組數. 就是這樣! 二進制檔案最好的地方是可以在一行把一個結構寫入檔案。如果說，你的結構有12個不同的成員。用ASCII?檔案，你不得不每次一條的寫入所有成員。但二進制檔案替你做好了。 看這個。 struct OBJECT { int number; char letter; } obj; obj.number = 15; obj.letter = ‘M’; fout.write((char *)(&obj), sizeof(obj)); 這樣就寫入了整個結構! 接下來是輸入. 輸入也很簡單，因為read()?函數的參數和 write()是完全一樣的, 使用方法也相同。 ifstream fin("file.dat", ios::binary); fin.read((char *)(&obj), sizeof(obj)); 我不多解釋用法, 因為它和write()是完全相同的。二進制檔案比ASCII檔案簡單, 但有個缺點是無法用文本編輯器編輯。 接着, 我解釋一下ifstream 和ofstream 對象的其他一些方法作為結束. 四、更多方法 我已經解釋了ASCII檔案和二進制檔案, 這裡是一些沒有提及的底層方法。 檢查檔案 你已經學會了open() 和close() 方法, 不過這裡還有其它你可能用到的方法。 方法good() 傳回一個布爾值，表示檔案打開是否正确。 類似的，bad() 傳回一個布爾值表示檔案打開是否錯誤。如果出錯，就不要繼續進一步的操作了。 最後一個檢查的方法是fail(), 和bad()有點相似, 但沒那麼嚴重。 讀檔案 方法get() 每次傳回一個字元。 方法ignore(int,char) 跳過一定數量的某個字元, 但你必須傳給它兩個參數。第一個是需要跳過的字元數。第二個是一個字元, 當遇到的時候就會停止。 例子, fin.ignore(100, ‘\n’); 會跳過100個字元，或者不足100的時候，跳過所有之前的字元，包括 ‘\n’。 方法peek() 傳回檔案中的下一個字元, 但并不實際讀取它。是以如果你用peek() 檢視下一個字元, 用get() 在peek()之後讀取，會得到同一個字元, 然後移動檔案計數器。 方法putback(char) 輸入字元, 一次一個, 到流中。我沒有見到過它的使用，但這個函數确實存在。 寫檔案 隻有一個你可能會關注的方法.?那就是 put(char), 它每次向輸出流中寫入一個字元。 打開檔案 當我們用這樣的文法打開二進制檔案: ofstream fout("file.dat", ios::binary); "ios::binary"是你提供的打開選項的額外标志. 預設的, 檔案以ASCII方式打開, 不存在則建立, 存在就覆寫. 這裡有些額外的标志用來改變選項。 ios::app 添加到檔案尾 ios::ate 把檔案标志放在末尾而非起始。 ios::trunc 預設. 截斷并覆寫檔案。 ios::nocreate 檔案不存在也不建立。 ios::noreplace 檔案存在則失敗。 檔案狀态 我用過的唯一一個狀态函數是eof(), 它傳回是否标志已經到了檔案末尾。我主要用在循環中。 例如, 這個代碼斷統計小寫‘e’ 在檔案中出現的次數。 ifstream fin("file.txt"); char ch; int counter; while (!fin.eof()) { ch = fin.get(); if (ch == ‘e’) counter++; } fin.close(); 我從未用過這裡沒有提到的其他方法。還有很多方法，但是他們很少被使用。參考C++書籍或者檔案流的幫助文檔來了解其他的方法。 也可參見http://apps.hi.baidu.com/share/detail/23700255