C/C++文件操作/IO流

学习任务：

⭐认识文件。⭐学习C语言中文件如何打开和关闭。⭐学习C语言中文件的读写方法（包括顺序读写和随机读写）。⭐学习C语言文件操作中如何判断文件读取结束。⭐简单了解FILE缓冲区。⭐认识流。⭐学习C++的IO流，包括标准IO流和文件IO流，即C++的文件操作。⭐学习stringstream。

学习流程：

先对C语言的文件操作进行学习，然后带着建立在C语言文件操作的基础和C++基础上学习C++IO流。

1、认识文件

程序文件和数据文件

直接点 - 磁盘上的文件，就是文件。从文件功能的角度上，文件分有数据文件和程序文件。

程序文件包括源程序文件（后缀为.c）,目标文件（windows环境后缀为.obj）,可执行程（windows环境后缀为.exe）。

数据文件的文件的内容不一定是程序，而是程序运行时读写的数据，比如程序运行需要从中读取数据的文件，或者输出内容的文件。

文件名

一个文件要有一个唯一的文件标识，以便用户识别和引用。文件名包含3部分：文件路径+文件名主干+文件后缀。

例如： c:\C++_code\test.txt

2、文件的打开和关闭

2.1 文件指针

在C语言的文件操作中，需要使用文件指针来对硬盘上的文件进行操作。每个被使用的文件都在内存中开辟了一个相应的文件信息区，用来存放文件的相关信息（如文件的名字，文件状态及文件当前的位置等）。这些信息是保存在一个结构体变量中的。该结构体类型是有系统声明的，取名为FILE。

以下是FILE结构体的成员变量，不同编译器或许有不同的变量，但是大同小异。除此之外，FILE中会保存缓冲区、文件描述符等等。

//FILE
struct _iobuf {char* _ptr;int _cnt;char* _base;int _flag;int _file;int _charbuf;int _bufsiz;char* _tmpfname;
};
typedef struct _iobuf FILE;

每当打开一个文件的时候，系统会根据文件的情况自动创建一个FILE结构的变量，并填充其中的信息。

FILE* f;//文件指针变量

定义f是一个指向FILE类型数据的指针变量。可以使pf指向某个文件的文件信息区（是一个结构体变量）。通过该文件信息区中的信息就能够访问该文件，即通过文件指针变量能够找到与它关联的文件，就如上图一样，f指向了文件信息区。

2.2 文件的打开与关闭操作

对一个文件进行读写操作之前先打开该文件，操作完后需要关闭文件。在C语言中，使用fopen打开文件，使用fclose关闭文件。

//打开文件
FILE * fopen ( const char * filename, const char * mode );
参数：
filename：需要打开的文件的名字+路径（默认在当前文件路径中）
mode：打开文件的方式
返回值：返回一个文件指针//关闭文件
int fclose ( FILE * stream );
参数：文件指针，即需要关闭的那个文件的文件指针
返回值：成功返回0

文件的打开方式

文件使用方式	含义	如果指定文件不存在
“r”（只读）	为了输入数据，打开一个已经存在的文本文件	出错
“w”（只写）	为了输出数据，打开一个文本文件	建立一个新的文件
“a”（追加）	向文本文件尾添加数据	建立一个新的文件
“rb”（只读）	为了输入数据，打开一个二进制文件	出错
“wb”（只写）	为了输出数据，打开一个二进制文件	建立一个新的文件
“ab”（追加）	向一个二进制文件尾添加数据	出错
“r+”（读写）	为了读和写，打开一个文本文件	出错
“w+”（读写）	为了读和写，建议一个新的文件	建立一个新的文件
“a+”（读写）	打开一个文件，在文件尾进行读写	建立一个新的文件
“rb+”（读写）	为了读和写打开一个二进制文件	出错
“wb+”（读写）	为了读和写，新建一个新的二进制文件	建立一个新的文件
“ab+”（读写）	打开一个二进制文件，在文件尾进行读和写	建立一个新的文件

代码演示

int main()
{//打开文件FILE* pf = fopen("test.txt", "r");//只读方式打开if (pf == NULL){printf("%s\n", strerror(errno));return 1;}//读文件操作//.....//关闭文件fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

3、文件的顺序读写

对于文件的顺序读写，有以下函数需要学习去使用：

功能	函数名	适用于
字符输入函数	fgetc	所有输入流
字符输出函数	fputc	所有输出流
文本行输入函数	fgets	所有输入流
文本行输出函数	fputs	所有输出流
格式化输入函数	fscanf	所有输入流
格式化输出函数	fprintf	所有输出流
二进制输入	fread	文件
二进制输出	fwrite	文件

3.1 代码演示

3.1.1 fgetc和fputc函数

fputc函数+只写操作，写字符进去文件中，文件路径默认当前路径

int main()
{//打开文件FILE* pf = fopen("test.txt", "w");//只写方式打开if (pf == NULL){printf("%s\n", strerror(errno));return 1;}//写文件char i = 0;for (i = 'a'; i <= 'z'; ++i){fputc(i, pf);}//关闭文件fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

fgetc函数+只读操作：

int main()
{FILE* pf = fopen("test.txt", "r");if (pf == NULL){printf("%s\n", strerror(errno));return 1;}//读文件int ch = 0;while ((ch = fgetc(pf)) != EOF){printf("%c ", ch);}//关闭文件fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

 3.1.2 fgets和fputs函数

fputs函数+只写操作

//写一行数据
int main()
{FILE* pf = fopen("test.txt", "w");if (pf == NULL){printf("%s\n", strerror(errno));return 1;}//写一行数据fputs("hello bit\n", pf);fputs("hello bit\n", pf);//关闭文件fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

fgets函数+只读操作

int main()
{FILE* pf = fopen("test.txt", "r");if (pf == NULL){//printf("%s\n", strerror(errno));perror("fopen");return 1;}//读一行数据char arr[20];fgets(arr, 20, pf);printf("%s\n", arr);//关闭文件fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

 3.1.3 fsacnf和fprintf函数

fprintf函数+只写操作

struct S
{char arr[10];int age;float score;
};int main()
{struct S s = { "zhangsan", 25, 50.5f };FILE*pf = fopen("test.txt", "w");if (pf == NULL){perror("fopen");return 1;}//fprintf(pf, "%s %d %f", s.arr, s.age, s.score);fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

 fscanf函数+只读操作

int main()
{struct S s = {0};FILE* pf = fopen("test.txt", "r");if (pf == NULL){perror("fopen");return 1;}//将pf中的数据写到结构体对象s中fscanf(pf, "%s %d %f", s.arr, &(s.age), &(s.score));//打印//printf("%s %d %f\n", s.arr, s.age, s.score);fprintf(stdout, "%s %d %f\n", s.arr, s.age, s.score);fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

对于以上三对接口，都适用于所有输入或输出流，简单来说，不仅仅适用于文件流的读写，还可以是标准输入输出流，使用方法就是将文件指针改成以下三种流的名字即可。

任何一个C程序，只要运行起来就会默认打开3个流：

FILE* stdin - 标准输入流（键盘）

FILE* stdout - 标准输出流（屏幕）

FILE* stderr - 标准错误流（屏幕）

3.1.4 fread和fwrite函数

fread和fwrite是以二进制的形式进行读写，即保存在文件的数据是二进制的形式保存的。

fwrite函数+二进制只写操作

struct S
{char arr[10];int age;float score;
};int main()
{struct S s = { "zhangsan", 25, 50.5f };//以二进制的形式写到文件中FILE* pf = fopen("test.txt", "wb");if (pf == NULL){perror("fopen");return 1;}//二进制的方式写fwrite(&s, sizeof(struct S), 1, pf);fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

fread函数+二进制只读操作

int main()
{struct S s = { 0 };FILE* pf = fopen("test.txt", "rb");if (pf == NULL){perror("fopen");return 1;}//二进制的方式读fread(&s, sizeof(struct S), 1, pf);printf("%s %d %f\n", s.arr, s.age, s.score);fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

3.2 对比函数 

对比以下函数

scanf/fscanf/sscanf

 
printf/fprintf/sprintf

从上面的示例代码中我们已经知道，前两组的区别是：

scanf是针对标准输入格式化输入语句

printf是针对标准输出格式化输出语句

fscanf是针对所有输入流的格式化输入语句

fprintf是针对所有输出流的格式化输出语句

而对于sscanf和sprintf

sscanf是从字符串中读取格式化数据

 sprintf是将格式化数据写入字符串

struct S
{char arr[10];int age;float score;
};int main()
{struct S s = { "zhangsan", 20, 55.5f };struct S tmp = { 0 };char buf[100] = { 0 };//把s中的格式化数据转化成字符串放到buf中sprintf(buf, "%s %d %f", s.arr, s.age, s.score);//"zhangsan 20 55.500000";printf("字符串：%s\n", buf);//从字符串buf中获取一个格式化的数据到tmp中sscanf(buf, "%s %d %f", tmp.arr, &(tmp.age), &(tmp.score));printf("格式化：%s %d %f\n", tmp.arr, tmp.age, tmp.score);return 0;
}

这一对函数跟序列化与反序列化很相似。

文件的随机读写

文件的随机读写，有三个函数提供服务：fseek、ftell和rewind。

fseek函数:

int fseek ( FILE * stream, long int offset, int origin );
函数功能：根据文件指针的位置和偏移量来定位文件指针。
参数：
stream：文件指针
offset：偏移量
origin：从文件指针的位置

 origin参数：

SEEK_SET：文件的开头

SEEK_CUR：文件指针当前位置

SEEK_END：文件的末尾

#include <stdio.h>
int main()
{FILE* pFile;pFile = fopen("example.txt", "wb");fputs("This is an apple.", pFile);fseek(pFile, 9, SEEK_SET);fputs(" sam", pFile);fclose(pFile);return 0;
}

ftell函数

long int ftell ( FILE * stream );
函数功能：返回文件指针相对于起始位置的偏移量。

rewind函数

void rewind ( FILE * stream );
函数功能：让文件指针的位置回到文件的起始位置。

文本文件和二进制文件

根据数据的组织形式，数据文件被称为文本文件或者二进制文件。

数据在内存中以二进制的形式存储，如果不加转换的输出到外存，就是二进制文件。

如果要求在外存上以ASCII码的形式存储，则需要在存储前转换。以ASCII字符的形式存储的文件就是文本文件。

文件读取结束的判断

feof函数

feof函数用来判断文件读取结束的原因是什么？是读取失败结束，还是遇到文件尾结束。

1. 文本文件读取是否结束，判断返回值是否为 EOF （ fgetc ），或者 NULL （ fgets）。

2. 二进制文件的读取结束判断，判断返回值是否小于实际要读的个数。

文件缓冲区

ANSIC 标准采用“缓冲文件系统”处理的数据文件的，所谓缓冲文件系统是指系统自动地在内存中为程序中每一个正在使用的文件开辟一块“文件缓冲区”。从内存向磁盘输出数据会先送到内存中的缓冲区，装满缓冲区后才一起送到磁盘上。如果从磁盘向计算机读入数据，则从磁盘文件中读取数据输入到内存缓冲区（充满缓冲区），然后再从缓冲区逐个地将数据送到程序数据区（程序变量等）。缓冲区的大小根据C编译系统决定的。

C++IO流 

流是什么

“流”即是流动的意思，是物质从一处向另一处流动的过程，是对一种有序连续且具有方向性的数据（ 其单位可以是bit,byte,packet ）的抽象描述。

C++流是指信息从外部输入设备（如键盘）向计算机内部（如内存）输入和从内存向外部输出设备（显示器）输出的过程。这种输入输出的过程被形象的比喻为“流”。它的特性是：有序连续、具有方向性。为了实现这种流动，C++定义了I/O标准类库，这些每个类都称为流/流类，用以完成某方面的功能。

C++系统实现了一个庞大的类库，其中ios为基类，其他类都是直接或间接派生自ios类。

 C++标准IO流