C/C++ I/O详解

　

c/o

一、C语言I/O

C语言的I/O相关函数都是封装在头文件<stdio.h>中，该头文件中定义了一些变量、宏以及各种函数来执行输入输出。具体有关C标准库<stdio.h>参见：http://www.runoob.com/cprogramming/c-standard-library-stdio-h.html

注意：C语言把所有的设备都当做文件（设备只是一种特殊的文件），所以所有设备（比如显示器、键鼠等）被处理的方式与文件相同，故该头文件中定义的FILE变量是一个适合存储所有文件流信息的对象类型。比如：库函数int fclose(FILE * stream)用于关闭流stream并刷新所有的缓冲区（这里FILE就是指向一个流对象）。

以前有一些概念总是模糊不清，比如说printf()和fprintf(),其实看函数签名就能清楚：

int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...)；//发送格式化输出到流 stream 中

int printf(const char *format, ...);  //发送格式化输出到标准输出stdout

stdout是一种特殊的FILE，所以printf只是fprintf的一种特殊情况，输出到标准输出流stdout。

总结：C语言的I/O相对而言，理论上更简单，但是操作不是很方便。

二、C++ I/O

先来看一张图：

C++中就是各种类，符合它所谓的OOP概念。

iOS是基础类，istream和otream都是继承自它，而其实它们合起来就是iostream。再拿istream举例，cin和ifstram以及istringstream都是继承自它，分别对应设备输入流，文件输入流以及字符串输入流。

下面的部分参考下别人的代码，哈哈，因为都差不多：

这里主要是讨论fstream的内容：

[java] view plain copy

1. #include <fstream>  
2. ofstream         //文件写操作 内存写入存储设备   
3. ifstream         //文件读操作，存储设备读区到内存中  
4. fstream          //读写操作，对打开的文件可进行读写操作   

1.打开文件

在fstream类中，成员函数open（）实现打开文件的操作，从而将数据流和文件进行关联，通过ofstream,ifstream,fstream对象进行对文件的读写操作

函数：open（）

[cpp] view plain copy

1. <span style="font-family:'Times New Roman';font-size:16px;">  
2. public member function  
3.   
4. void open ( const char * filename,  
5.             ios_base::openmode mode = ios_base::in | ios_base::out );  
6.   
7. void open(const wchar_t *_Filename,  
8.         ios_base::openmode mode= ios_base::in | ios_base::out,  
9.         int prot = ios_base::_Openprot)；  
10.   
11. </span>  

参数： filename   操作文件名

  mode        打开文件的方式

  prot         打开文件的属性                            //基本很少用到，在查看资料时，发现有两种方式

打开文件的方式在ios类(所以流式I/O的基类)中定义，有如下几种方式：

ios::in	为输入(读)而打开文件
ios::out	为输出(写)而打开文件
ios::ate	初始位置：文件尾
ios::APP	所有输出附加在文件末尾
ios::trunc	如果文件已存在则先删除该文件
ios::binary	二进制方式

这些方式是能够进行组合使用的，以“或”运算（“|”）的方式：例如

[cpp] view plain copy

1. ofstream out;  
2. out.open("Hello.txt", ios::in|ios::out|ios::binary)                 //根据自己需要进行适当的选取  

打开文件的属性同样在ios类中也有定义：

0	普通文件，打开操作
1	只读文件
2	隐含文件
4	系统文件

对于文件的属性也可以使用“或”运算和“+”进行组合使用，这里就不做说明了。

很多程序中，可能会碰到ofstream out("Hello.txt"), ifstream in("..."),fstream foi("...")这样的的使用，并没有显式的去调用open（）函数就进行文件的操作，直接调用了其默认的打开方式，因为在stream类的构造函数中调用了open()函数,并拥有同样的构造函数，所以在这里可以直接使用流对象进行文件的操作，默认方式如下：

[cpp] view plain copy

1. <span style="font-family:'Times New Roman';font-size:16px;">  
2. ofstream out("...", ios::out);  
3. ifstream in("...", ios::in);  
4. fstream foi("...", ios::in|ios::out);  
5.   
6. </span>  

当使用默认方式进行对文件的操作时，你可以使用成员函数is_open()对文件是否打开进行验证

2.关闭文件

当文件读写操作完成之后，我们必须将文件关闭以使文件重新变为可访问的。成员函数close()，它负责将缓存中的数据排放出来并关闭文件。这个函数一旦被调用，原先的流对象就可以被用来打开其它的文件了，这个文件也就可以重新被其它的进程所访问了。为防止流对象被销毁时还联系着打开的文件，析构函数将会自动调用关闭函数close。

3.文本文件的读写

类ofstream, ifstream 和fstream 是分别从ostream, istream 和iostream 中引申而来的。这就是为什么 fstream 的对象可以使用其父类的成员来访问数据。

一般来说，我们将使用这些类与同控制台(console)交互同样的成员函数(cin 和 cout)来进行输入输出。如下面的例题所示，我们使用重载的插入操作符<<：

[cpp] view plain copy

1.   // writing on a text file  
2.  #include <fiostream.h>  
3.  int main () {  
4.      ofstream out("out.txt");  
5.      if (out.is_open())   
6.     {  
7.          out << "This is a line.\n";  
8.          out << "This is another line.\n";  
9.          out.close();  
10.      }  
11.      return 0;  
12.  }  
13. //结果: 在out.txt中写入：  
14. This is a line.  
15. This is another line   

从文件中读入数据也可以用与 cin>>的使用同样的方法：

[cpp] view plain copy

1. // reading a text file  
2.    #include <iostream.h>  
3.    #include <fstream.h>  
4.    #include <stdlib.h>  
5.      
6.    int main () {  
7.        char buffer[256];  
8.        ifstream in("test.txt");  
9.        if (! in.is_open())  
10.        { cout << "ERROR opening file"; exit (1); }  
11.        while (!in.eof() )  
12.        {  
13.            in.getline (buffer,100);  
14.            cout << buffer << endl;  
15.        }  
16.        return 0;  
17.    }  
18.    //结果 在屏幕上输出  
19.     This is a line.  
20.     This is another line  

上面的例子读入一个文本文件的内容，然后将它打印到屏幕上。注意我们使用了一个新的成员函数叫做eof ，它是ifstream 从类 ios 中继承过来的，当到达文件末尾时返回true 。

状态标志符的验证(Verification of state flags)

除了eof()以外，还有一些验证流的状态的成员函数（所有都返回bool型返回值）：

• bad()

  如果在读写过程中出错，返回 true 。例如：当我们要对一个不是打开为写状态的文件进行写入时，或者我们要写入的设备没有剩余空间的时候。

• fail()

  除了与bad() 同样的情况下会返回 true 以外，加上格式错误时也返回true ，例如当想要读入一个整数，而获得了一个字母的时候。

• eof()

  如果读文件到达文件末尾，返回true。

• good()

  这是最通用的：如果调用以上任何一个函数返回true 的话，此函数返回 false 。

要想重置以上成员函数所检查的状态标志，你可以使用成员函数clear()，没有参数。

获得和设置流指针(get and put stream pointers)

所有输入/输出流对象(i/o streams objects)都有至少一个流指针：

• ifstream， 类似istream, 有一个被称为get pointer的指针，指向下一个将被读取的元素。
• ofstream, 类似 ostream, 有一个指针 put pointer ，指向写入下一个元素的位置。
• fstream, 类似 iostream, 同时继承了get 和 put

我们可以通过使用以下成员函数来读出或配置这些指向流中读写位置的流指针：

• tellg() 和 tellp()

  这两个成员函数不用传入参数，返回pos_type 类型的值(根据ANSI-C++ 标准) ，就是一个整数，代表当前get 流指针的位置 (用tellg) 或 put 流指针的位置(用tellp).

• seekg() 和seekp()

  这对函数分别用来改变流指针get 和put的位置。两个函数都被重载为两种不同的原型：

  seekg ( pos_type position );

  seekp ( pos_type position );

  使用这个原型，流指针被改变为指向从文件开始计算的一个绝对位置。要求传入的参数类型与函数 tellg 和tellp 的返回值类型相同。

  seekg ( off_type offset, seekdir direction );

  seekp ( off_type offset, seekdir direction );

  使用这个原型可以指定由参数direction决定的一个具体的指针开始计算的一个位移(offset)。它可以是：

  ios::beg	从流开始位置计算的位移
  ios::cur	从流指针当前位置开始计算的位移
  ios::end	从流末尾处开始计算的位移

流指针 get 和 put 的值对文本文件(text file)和二进制文件(binary file)的计算方法都是不同的，因为文本模式的文件中某些特殊字符可能被修改。由于这个原因，建议对以文本文件模式打开的文件总是使用seekg 和 seekp的第一种原型，而且不要对tellg 或 tellp 的返回值进行修改。对二进制文件，你可以任意使用这些函数，应该不会有任何意外的行为产生。

以下例子使用这些函数来获得一个二进制文件的大小：

[cpp] view plain copy

1. // obtaining file size  
2.    #include <iostream.h>  
3.    #include <fstream.h>  
4.      
5.    const char * filename = "test.txt";  
6.      
7.    int main () {  
8.        long l,m;  
9.        ifstream in(filename, ios::in|ios::binary);  
10.        l = in.tellg();  
11.        in.seekg (0, ios::end);  
12.        m = in.tellg();  
13.        in.close();  
14.        cout << "size of " << filename;  
15.        cout << " is " << (m-l) << " bytes.\n";  
16.        return 0;  
17.    }  
18.     
19.   //结果:  
20.   size of example.txt is 40 bytes.  

4.二进制文件

在二进制文件中，使用<< 和>>，以及函数（如getline）来操作符输入和输出数据，没有什么实际意义，虽然它们是符合语法的。

文件流包括两个为顺序读写数据特殊设计的成员函数：write 和 read。第一个函数 (write) 是ostream 的一个成员函数，都是被ofstream所继承。而read 是istream 的一个成员函数，被ifstream 所继承。类 fstream 的对象同时拥有这两个函数。它们的原型是：

write ( char * buffer, streamsize size );

read ( char * buffer, streamsize size );

这里 buffer 是一块内存的地址，用来存储或读出数据。参数size 是一个整数值，表示要从缓存（buffer）中读出或写入的字符数。

[cpp] view plain copy

1. // reading binary file  
2.     #include <iostream>  
3.     #include <fstream.h>  
4.       
5.     const char * filename = "test.txt";  
6.       
7.     int main () {  
8.         char * buffer;  
9.         long size;  
10.         ifstream in (filename, ios::in|ios::binary|ios::ate);  
11.         size = in.tellg();  
12.         in.seekg (0, ios::beg);  
13.         buffer = new char [size];  
14.         in.read (buffer, size);  
15.         in.close();  
16.           
17.         cout << "the complete file is in a buffer";  
18.           
19.         delete[] buffer;  
20.         return 0;  
21.     }  
22.     //运行结果：  
23.     The complete file is in a buffer  

5.缓存和同步(Buffers and Synchronization)

当我们对文件流进行操作的时候，它们与一个streambuf 类型的缓存(buffer)联系在一起。这个缓存（buffer）实际是一块内存空间，作为流(stream)和物理文件的媒介。例如，对于一个输出流， 每次成员函数put (写一个单个字符)被调用，这个字符不是直接被写入该输出流所对应的物理文件中的，而是首先被插入到该流的缓存（buffer）中。

当缓存被排放出来(flush)时，它里面的所有数据或者被写入物理媒质中（如果是一个输出流的话），或者简单的被抹掉(如果是一个输入流的话)。这个过程称为同步(synchronization)，它会在以下任一情况下发生：

• 当文件被关闭时: 在文件被关闭之前，所有还没有被完全写出或读取的缓存都将被同步。
• 当缓存buffer 满时:缓存Buffers 有一定的空间限制。当缓存满时，它会被自动同步。
• 控制符明确指明:当遇到流中某些特定的控制符时，同步会发生。这些控制符包括：flush 和endl。
• 明确调用函数sync(): 调用成员函数sync() (无参数)可以引发立即同步。这个函数返回一个int 值，等于-1 表示流没有联系的缓存或操作失败。

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