文件操作的详细使用

补上之前的文件操作部分，下面是对文件操作的具体知识点列举与使用说明：

文件操作

文件是根据特定的目的而收集在一起的有关数据的集合。C++把每一个文件都看成是一个有序的字节流，每个文件都以文件结束标志结束，如果要操作某个文件，程序必须首先打开该文件。当一个文件被打开后，该文件就和一个流关联起来，这里的流实际上是一个字节序列。

C++将文件分为文本文件和二进制文件。

二进制文件一般含有特殊的格式或计算机代码，如图文件和可执行文件等（实际上二进制文件适用于任何文件，包括文本文件，音频文件，视频文件，图像文件以及可执行文件等）。文本文件则是可以用任何文字处理程序阅读和编辑的简单ASCII文件（人们能够看明白其含义的文件）。
二进制文件和文本文件都是按照二进制存储的，只不过文本文件是把一个字节一个字节解读成字符，而二进制文件可以任意定义解读方式。因此二进制文件与文本文件的区别是在逻辑上而不是物理储存。
记事本无论打开什么文件都按既定的字符编码工作（如ASCII码），所以当它打开二进制文件时，出现乱码也是很必然的一件事情了，解码和译码不对应嘛。例如文件流”00000000_00000000_00000000_00000001”可能在二进制文件中对应的是一个四字节的整数int 1，在记事本里解释就变成了“NULL_NULL_NULL_SOH”这四个控制符。
在windows上，用记事本就可以打开文本文件了，但要打开二进制文件需要对应的二进制文件解码器，因此，文本文件是更为大家所熟知的文件形式，而二进制文件的优点在于它的输入输出都省去了转换的过程，而且更省空间。

下面我们学习如何编写C++代码来实现对文本文件的输入和输出。

文件操作主要有fopen，freopen重定向版与文件输入输出流三类：

一、用fopen打开文件：
函数原型：

FILe*fopen(const char *filename,const char *mode);

FILe是在stdio.h中定义的一个结构，用于存放和文件有关的信息。打开文件的模式主要有以下几种：
r:以文本方式打开文件，只进行读操作。
w:以文本方式打开文件，只进行写操作。
a:以文本方式打开文件，只往其末尾添加内容。
rb:以二进制方式打开文件，只进行读操作。
wb:以二进制方式打开文件，只进行写操作。
ab:以二进制方式打开文件，只往其末尾添加内容。
r+：以文本方式打开文件，既读取数据，也要往文件中写入数据。
r+b:以二进制形式打开文件，既读取数据，也要往文件中写入数据。
fopen函数返回一个FILE *类型的指针，称为文件指针，该指针指向的FILE类型变量中存放着关于文件的一些信息，文件打开后，对文件的读写操作就不再使用文件名而都是通过fopen函数返回的指针进行。
如果试图以只读方式打开一个不存在的文件或因其他原因（比如没有权限等）导致打开文件失败时，fopen函数会返回NULL指针。对文件进行读写操作前，判断fopen函数的返回值是否为NULL，是非常重要的习惯。

用 fclose 关闭文件:
fclose函数的原型是：

int fclose(FILE *stream);

stream即是先前用fopen打开文件时得到的文件指针。
一定要注意，打开文件后，要确保程序执行的每一条路径上都会关闭该文件。一个程序
能同时打开的文件数目是有限的，如果总是打开文件没有关闭，那么文件打开数目到达一定限度后，就再也不能打开新文件了。一个文件，可以被以只写的方式同时打开很多次，这种
情况也会占用程序能同时打开的文件总数的资源。
调用fclose函数时，如果参数stream的值是NULL, 那么很可能会出现程序异常终止的错误。

用 fscanf,fprintf 读写文件:
fscanf函数原型如下;

int fscanf(FILE *stream, const char *format[, address, ...]); 

fscanf和scanf函数很象，区别在于多了第一个参数----文件指针stream。scanf函数从
键盘获取输入数据，而fscanf函数从与stream相关联的文件中读取数据。该函数适用于读取以文本方式打开的文件。如果文件的内容都读完了，那么fscanf函数返回值为 EOF （stdio.h 中定义的一个常量）。
fprintf函数能用于向文件中写入数据，用法和printf、fscanf类似。
其原型是：

int fprintf(FILE *stream, const char *format[, argument, ...]);

具体用法参考下面的程序。

用 fgetc读文件，用fputc写文件:
fgetc函数原型如下:

int fgetc(FILE *stream); 

它用于从文件中读取一个字节，返回值即是所读取的字节数。每个字节都被当作一个无
符号的8位（二进制位）数，因此每个被读取字节的取值范围都是0-255。反复调用fgetc函数可以读取整个文件。如果已经读到文件末尾，无法再读，那么fgetc函数返回EOF(实际上就是-1)。
fputc函数原型如下：

int fputc(int c, FILE *stream); 

它将一个字节写入文件。参数c即是要被写入的字节。虽然c是int类型的，但实际上只有其低8位才被写入文件。如果写入失败，该函数返回EOF。

用fgets函数读文件, fputs函数写文件:
fgets函数原型如下;

char *fgets(char *s, int n, FILE *stream); 

它一次从文件中读取一行，包括换行符，放入字符串s中，并且加上字符串结尾标志
符’\0’。参数n代表缓冲区s中最多能容纳多少个字符(不算结尾标志符’\0’)。
fgets函数的返回值是一个char *类型的指针，和s指向同一个地方。如果再没有数据可
以读取，那么函数的返回值就是NULL。
fputs函数原型如下：

int fputs(const char *s, FILE *stream); 

它往文件中写入字符串s。注意，写完s后它并不会再自动向文件中写换行符。

用 fread读文件，用fwrite写文件：
fread函数原型如下：

unsigned fread(void *ptr, unsigned size, unsigned n, FILE *stream); 

该函数从文件中读取n个大小为size字节的数据块, 总计n*size字节，存放到从地址
ptr 开始的内存中。返回值是读取的字节数。如果一个字节也没有读取，返回值就是0。
fwrite函数原型如下：

unsigned fwrite(const void *ptr, unsigned size, unsigned n, FILE *stream); 

该函数将内存中从地址 ptr 开始的n*size个字节的内容，写入到文件中去。
这两个函数的返回值，表示成功读取或写入的“项目”数。每个“项目”的大小是size
字节。 其实使用这两个函数时，总是将size置为1，n置为实际要读写的字节数，也是没有问题的。
fread函数成功读取的字节数，有可能小于期望读取的字节数。比如反复调用fread读取
整个文件，每次读取100个字节，而文件有1250字节，那么显然最后一次读取，只能读取50 字节。
使用fread和fwrite函数读写文件，文件必须用二进制方式打开。
有些文件由一个个“记录”组成，一个记录就对应于C/C++中的一个结构，这样的文件，就适合用fread和fwrite来读写。比如一个记录学生信息的文件students.dat，该文件里每个“记录”对应于以下结构：

struct Student
{
   
    char szName[20];
    unsigned nId;
    short nGender; //性别
    short nBirthYear, nBirthMonth, nBirthDay;
    float fGPA;
};

下面的程序先读取前例提到的students.txt中的学生信息，然后将这些信息写入
students.dat中。接下来再打开students.dat，将出生年份在1985年之后的学生记录提取出来，写到另一个文件 students2.dat中去。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
struct Student
{
   
    char szName[20];
    unsigned nId;
    short nGender; //性别
    short nBirthYear, nBirthMonth, nBirthDay;
    float fGPA;
};

int main()
{
   
    FILE * fpSrc, * fpDest;
    struct Student Stu;
    fpSrc = fopen( "c:\\tmp\\students.txt", "rb");
    if( fpSrc == NULL )
    {
   
        printf( "Failed to open the file.");
        return 0;
    }
    fpDest = fopen( "students .dat", "wb");
    if( fpDest == NULL)
    {
   
        fclose( fpSrc);
        printf( "Destination file open failure.");
        return 0;
    }
    char szName[30], szGender[30];
    int nId, nBirthYear, nBirthMonth, nBirthDay;
    float fGPA;
    while( fscanf( fpSrc, "%s%d%s%d%d%d%f", szName, & nId, szGender, & nBirthYear, & nBirthMonth, & nBirthDay, & fGPA) != EOF)
    {
   
        strcpy(Stu.szName, szName);
        Stu.nId = nId;
        if( szGender[0] == 'f' )
            Stu.nGender = 0;
        else
        {
   
            Stu.nGender = 1;
            Stu.nBirthYear = nBirthYear;
            Stu.nBirthMonth = nBirthMonth;
            Stu.nBirthDay = nBirthDay;
            fwrite( & Stu, sizeof(Stu), 1, fpDest);
        }
        fclose(fpSrc);
        fclose(fpDest);
        fpSrc = fopen( "students.dat", "rb");
        if( fpSrc == NULL )
        {
   
            printf( "Source file open failure.");
            return 0;
        }
        fpDest = fopen( "students2.dat", "wb");
        if( fpDest == NULL)
        {
   
            fclose( fpSrc);
            printf( "Destination file open failure.");
            return 0;
        }
        while(fread( & Stu, sizeof(Stu), 1, fpSrc))
        {
   
            if( Stu.nBirthYear >= 1985 )
                fwrite( & Stu, sizeof(Stu), 1, fpDest);
        }
        fclose( fpSrc);
        fclose( fpDest);
        return 0;
    }
}

一般来说使用fscanf,fprintf的频率比较高，fgetc,fputc,fgets,fputs相对少一些，对于fread,fwrite这样的二进制读取写入相对更少，因为对于一个类来讲使用fscanf,fprintf搭配重载输入输出有时就基本可以代替fread,fwrite。

用fseek 改变文件当前位置：
文件是可以随机读写的，即读写文件并不一定要从头开始，而是直接可以从文件的任意
位置开始读写。比如，可以直接读取文件的第200个字节，而不需将前面的199个字节都读一遍。同样，也可以直接往文件第1000个字节处写若干字节，覆盖此处原有内容。甚至可以先在文件的第200字节处读取100字节，然后跳到文件的第1000字节处读取20字节，然后再跳到文件的第20字节处写入30字节。这就叫“随机读写”。然而，前面提到的那些文件读写函数，都没有参数能够指明读写是从哪个位置开始，这又是怎么回事呢？
答案是：所有的文件读写函数，都是从文件的“当前位置”开始读写的。文件的“当前位置”信息保存在文件指针指向的 FILE结构变量中。一个文件在以非 “添加”方式打开，尚未进行其他操作时，其“当前位置”就是文件的开头；以添加方式打开时，其“当前位置”在文件的末尾。此后调用读写函数读取或写入了n个字节，“当前位置”就往后移动n个字节。
如果“当前位置”到达了文件的末尾，那么文件读取函数再进行读操作就会失败。
注意，文件开头的“当前位置”值是0，而不是1。
综上所述，要实现随机读写，前提是能够随意改变文件的“当前位置”。fseek函数就
起到这个作用。其原型如下：

int fseek(FILE *stream, long offset, int whence); 

该函数将与stream关联的文件的“当前位置”设为距whence处offset字节的地方。whence可以有以下三种取值，这三种取值都是在stdio.h里定义的标识符：
SEEK_SET: 代表文件开头
SEEK_CUR: 代表执行本函数前文件的当前位置
SEEK_END: 代表文件结尾处
例如，假设 fp是文件指针，那么：
fseek(fp, 200, SEEK_SET);
就将文件的当前位置设为200，即距文件开头200个字节处；
fseek(fp, 0, SEEK_SET);
将文件的当前位置设为文件的开头。
fseek(fp, -100, SEEK_END);
将文件的当前位置设为距文件尾部100字节处。
fseek(fp, 100, SEEK_CUR);
将文件的当前位置往后（即往文件尾方向）移动100个字节。
fseek(fp, -100, SEEK_CUR);
将文件的当前位置往前（即往文件开头方向）移动100个字节。
（offset过大，需要long long 型的offset时，fseek 改用 _fseeki64。）
当然也可以这样表示：
origin 数值 代表的具***置
SEEK_SET 0 文件开头
SEEK_CUR 1 文件指针当前位置
SEEK_END 2 文件尾
例如： fseek(fp,10L,0); 把文件指针从文件开头移到第10字节处，fseek(fp,-15L,2); 把文件指针从文件尾向前移动15字节。由于offset参数要求是长整型数，故其数后带L。
下面的程序，读取文件students.dat中的第4个记录到第10个记录（记录从0开始算），
并将这部分内容写入到第20个记录开始的地方，覆盖原有的内容。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#define NUM 10
#define NAME_LEN 20
struct Student
{
   
    char szName[NAME_LEN];
    unsigned nId;
    short nGender; //性别
    short nBirthYear, nBirthMonth, nBirthDay;
    float fGPA;
};

int main()
{
   
    FILE * fpSrc;
    Student aStu[NUM];
    fpSrc = fopen( "c:\\tmp\\students4.dat", "r+b");
    if( fpSrc == NULL )
    {
   
        printf( "Failed to open the file.");
        return 0;
    }
    fseek( fpSrc, sizeof(Student)* 4, SEEK_SET);
    fread( aStu, sizeof(Student), 7, fpSrc);
    fseek( fpSrc, sizeof(Student) * 20, SEEK_SET);
    fwrite( aStu, sizeof(Student), 7, fpSrc);
    fclose( fpSrc);
    return 0;
}

在这里用到了fread与fwrite，这里要比for循环搭配重载输入输出好用一些。

当然对于文件操作还有很多函数可以使用，比如类似于fgetc,fputc,fgets,fputs的fgetw,fputw函数对整数的操作（其实用的时候特别特别少），其中fgetw,fputw与getw,putw表现形式有些差异，同fgetc,fputc与getc,putc差异类似：
fgetc一定是函数， 而getc可能由宏来实现（但不一定）。 这就是两者的差别。一般来说，调用宏比调用函数耗费的时间少。一般来说宏产生较大的代码，但是避免了函数调用的堆栈操作，所以速度会比较快。
用得较多的可能有ftell()函数：给出处在文件中的当前位置（从文件头算起的字节数）rewind()函数（把位置设在文件开头）

谨记：
文件未打开之前不能使用。
如果以w模式打开一个已有的文件，那么该文件的内容将被清除。
EOF是一个值为-1的整数，因此必须使用一个整数变量来测试EOF。
当使用文件函数时，遗漏了文件指针是错误的。
如果要从以写模式打开的文件中读取数据是错误的，反之亦然。
程序终止之前关闭所有文件是一个良好的编程习惯。

二、freopen重定向版
命令格式：

   FILE * freopen ( const char * filename, const char * mode, FILE * stream );

参数说明：
filename: 要打开的文件名
mode: 文件打开的模式，和fopen中的模式(r/w)相同
stream: 文件指针，通常使用标准流文件(stdin/stdout/stderr)
其中stdin是标准输入流，默认为键盘；stdout是标准输出流，默认为屏幕；
stderr是标准错误流，一般把屏幕设为默认。通过调用freopen，就可以修改标准流文件的默认值，实现重定向。
因为文件指针使用的是标准流文件，因此我们可以不定义文件指针。
接下来就是使用freopen()函数的优点了，我们不再需要修改scanf，printf，cin和cout。而是维持代码的原样就可以了。因为freopen()函数重定向了标准流，使其指向前面指定的文件，省时省力。最后只要使用fclose关闭输入文件和输出文件即可。
格式：fclose(stdin);fclose(stdout);
重定向与System(“pause”);冲突：执行的时候出于某些原因，有字符从文件流中输入，导致程序终止。 解决办法：
恢复句柄，可以重新打开标准控制台设备文件，这个设备文件的名字是与操作系统相关的。格式：freopen("CON", "r", stdin);
问题：

1. 如何判断文件是否打开了
   可以直接 if( freopen(“a.txt”,“r”,stdin)== NULL ) return false;
   或 if( freopen(“b.txt”,“w”,stdout)== NULL ) return false;
   表示没有打开
2. 如何使流重新回到控制台上
   如果你不想输入或输出到文件了，就加上一句
   freopen(“CON”,“r”,stdin ); 对应输入
   freopen(“CON”,“w”,stdout); 对应输出
   注意的问题， 因为参数都是 c_字符串， 故不能把 c++ 里面的 string 类对象作为参数传进去，比如 string str= “a.txt”;你不能这样写 freopen( str, “r”, stdin );可以先把 string 类对像化成 c_字符串, 就用 c_str() 函数，上面的可以这样写 freopen( str.c_str(), “r”, stdin );
   另外while (fin>>temp)和(scanf("%d",&temp)==1)主要是用于判断数据是否已经读完，以便及时终止循环。还可以用成员函数eof来判断是否达到数据流的末尾。
   重定向用起来很方便，但并不是所有算法竞赛都允许读写文件。甚至有的竞赛允许访问文件，但不允许使用freopen这样的重定向方式读写文件，可以使用fopen版，对scanf和printf语句适用。

三、文件输入输出流
在C++中，文件输入流(ifstream)和文件输出流(ofstream)的类，它们的默认输入输出设备都是磁盘文件。Ｃ++可以在创建对象时，设定输入或输出到哪个文件。由于这些类的定义是在fstream中进行的，因此，在使用这此类进行输入输出操作时，必须要在程序的首部利用#include指令包进fstream头文件。
例如：若想用fin作为输入对象，fout作为输出对象，则可以使用如下定义：
ifstream fin(“输入文件名.扩展名”);
ofstream fout(“输出文件名.扩展名”);
例：

 	#include<fstream> //使用文件输入输出流，对cin、cout语句适用
    using namespace std;
    int main()
    {
   
       ifstream fin("in.txt");                             //定义输入文件名
       ofstream fout("out.txt");                       //定义输出文件名
       int temp,sum=0;
       while (fin>>temp)  sum=sum+temp;   //从输入文件中读入数据
       fout<<sum<<endl;
       fin.close();fout.close();                        //关闭文件，可省略
       return 0;
    }

命令行参数：

如果我们编写了一个在屏幕上输出文本文件内容的程序，编译生成的可执行文件是 listfile.exe，那么，很可能我们希望该程序的用法是，在 Windows 的控制台窗口（也叫DOS 命令窗口）中输入： listfile 文件名 然后敲回车，就能启动 listfile 程序，并将“文件名”所指定的文件的内容输出。比如敲“listfile file1.txt”，就能将 file1.txt 这个文件的内容输出。 要做到这一点，显然，listfile 程序必须知道用户输入的那个文件名。我们将用户在DOS 窗口输入可执行文件名的方式启动程序时，跟在可执行文件名后面的那些字符串，称为“命令行参数”。比如上例中的“file1.txt”，就是一个命令行参数。命令行参数可以有多个，以空格分隔。比如“listfile file1.txt file2.txt”。
在程序中如何知道用户输入的命令行参数呢？ 要做到这一点，main 函数的写法须和以
往的不同，要增加两个参数：

int main(int argc, char * argv[]) 
{ 
 …… 
} 

参数 argc 就代表启动程序时，命令行参数的个数。C/C++语言规定，可执行程序程序本身的文件名，也算一个命令行参数，因此，argc 的值至少是 1。argv 是一个数组，其中的每个元素都是一个 char* 类型的指针，该指针指向一个字符串，这个字符串里就存放着命令行参数。例如，argv[0]指向的字符串就是第一个命令行参数，即可执行程序的文件名，
argv[1]指向第二个命令行参数，argv[2]指向第三个命令行参数……。
例：

#include <stdio.h>
int main(int argc, char * argv[])
{
   
    for(int i = 0; i < argc; i ++ )
        printf( "%s\n", argv[i]);
    return 0;
}

将上面的程序编译成 2.18.exe，然后在控制台窗口敲:

2.18 para1 para2 s.txt 5 4 

输出结果就是：

2.18 
para1 
para2 s.txt 
5 
4