【C++探索之旅】第一部分第十課：文件讀寫，海闊憑魚躍

內容簡介

1、第一部分第十課：文件讀寫，海闊憑魚躍

2、第一部分第十一課預告：小練習，猜單詞

文件讀寫，海闊憑魚躍

上一課《【C++探索之旅】第一部分第九課：數組威武，動靜合一》中，我們學習了動態數組和靜態數組，也看到其實字符串很類似字符數組（到了之后的第二部分，學習面向對象，我們會知道其實string是一個類）。

到目前為止，我們寫的程序還比較簡單，當然了，因為我們剛開始學習C++嘛。但只要加以訓練，我們就慢慢地能夠寫一些真正的應用了。我們也開始逐漸了解C++的基礎知識了，不過缺了很重要的一環：與文件交互。

我們已經學會如何將信息輸出到控制臺（console）以及如何提取用戶在控制臺中輸入的數據（使用cin和cout）。但是，我們豈能就此罷休。想想我們 之前介紹過的一些程序，例如：記事本，一些IDE（VS, CodeBlocks, xCode, Eclipse, etc），繪圖軟件，等等，都能夠讀寫文件。

在游戲領域就更是如此啦（我知道一幫宅男已經激動了）：游戲里的數據要保存，游戲的圖片，音樂，道具，等等。都需要存檔。

總之，如果一個軟件不會與文件交互，那么它的功能是比較有限的。

因此，一起來學習如何讀寫文件吧。你會發現，如果你掌握了cin和cout的用法，那其實你已經知道大半啦。

寫入文件

我們要讀寫文件，首先需要打開文件。就好像平時我們要記筆記一樣，你總得先打開筆記本吧，才能閱讀內容，或者往里面寫東西。

一旦文件被打開之后，接下來的操作就很類似之前用cin和cout來進行標準輸入和輸出了。我們又會與老朋友<<和>>見面。

用術語來說，我們會將一個程序和外界的通信方式用"流"來描述。流，英語是stream。記得嗎？我們要使用cin和cout，需要用

#include <iostream>

因為cin和cout定義在iostream這個C++的標準庫中。而這里的iostream就是input output stream的縮寫，表示"輸入輸出流"。所以，其實我們早就在不知不覺地接觸流的概念了。

在這一章中，我們要和文件交互，那么就需要文件流來幫忙了。聰明如你一定想到了，是的，文件的英語是file，那么文件流就是file stream。是不是很簡單呢？

因此，我們需要用到fstream這個標準庫，fstream就是file stream的縮寫。

當然了，如果你不是參加一個程序員的派對，也不需要顯得很專業，那么說"讀寫文件"就可以了。

fstream頭文件

在C++中，我們要使用一個功能，需要引入合適的頭文件。因此，我們在程序一開始須要這樣做：

#include <fstream>

接下來，我們就學習如何創建一個文件流，以便我們能讀寫文件。

以寫模式打開文件

流其實是對象，還記得我們說C++是一門面向對象的語言嗎？當然我們現在還不深究，要到第二部分講面向對象編程時才會暢聊類和對象。暫時只需要知道這些流其實都是C++的對象（不是找對象的對象，少年你想多了）。

也完全無需害怕，因為我們之后還會不斷提到流。暫時，只需把其看作比較高級的變量就可以了。這些文件流包含了文件的很多信息，提供給我們很多功能，例如可以關閉文件，在文件中移動，等等。

你 會看到，聲明一個流的對象，其實就和我們聲明變量一樣簡單。首先，我們來看看如何創建用于寫文件的流，須要用到ofstream，也就是output file stream，因為是從程序向文件輸入數據，因此對于程序來說是"出去"的流，因此是output（輸出），而不是input（輸入）。

話休絮煩。翠花，上"栗子"：

#include <iostream>
#include <fstream>
using namespace std;

int main()
{   
    ofstream myStream("C:/Cpp/Files/scores.txt");   
    //聲明用于寫入文件的流，
    //此文件是在C盤下的Cpp文件夾的子文件夾Files中的scores.txt文件
    
    return 0;
}

在上面程序中，我在myStream后面的括號中指定了文件的路徑．這個路徑可以有兩種形式：

• 絕對路徑：就是文件的所在，不過是從根文件夾開始的路徑。例如：C:/Cpp/Files/scores.txt

• 相對路徑：也是文件的所在，不過是相對于你的程序的路徑。例如，你的程序位于C:/Cpp/，那么如果你的文件是在C:/Cpp/Files/scores.txt，你在程序里指定文件的相對路徑時就要寫 Files/scores.txt

自此，我們就可以使用這個文件流來寫文件啦。

如果文件不存在，那么會被自動創建。不過，至少指定的目錄要存在，不然會出現"目錄不存在"的錯誤。在我們上面的例子中，至少目錄C:/Cpp/Files必須事先存在。

在打開文件的時候，也會有其他問題。例如文件不屬于你，或者磁盤已滿，等等，總之，打開失敗。因此，我們為了保險起見，總要測試文件是否順利被打開。我們使用 if (myStream) 的方法來測試。

ofstream myStream("C:/Cpp/Files/scores.txt");  //試著打開這個文件

if(myStream)  //測試打開文件是否成功
{
    //一切順利，我們可以使用此文件了
}
else
{
    cout << "出錯: 無法打開此文件." << endl;
}

至此，我們已經做好了寫文件的準備工作。你會看到，接下來的操作還是有點眼熟的。

向流中寫入數據

前面我們說過寫入文件的操作就和以前我們使用cout類似。因此當我對你說要使用<<運算符來進行操作的時候，你應該不會太驚訝。

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>
using namespace std;

int main()
{
    string const fileName("C:/Cpp/Files/scores.txt");
    ofstream myStream(fileName.c_str());
    
    if(myStream)    
    {
        myStream << "大家好，我是被寫入文件的一句話." << endl;
        myStream << 54.26 << endl;
        int age(23);
        myStream << "我" << age << "歲了." << endl;
    }
    else
    {
        cout << "出錯: 無法打開此文件." << endl;
    }
    
    return 0;
}

上面的程序中，可以看到我們首先聲明了一個string的變量，里面存放了C:/Cpp/Files/scores.txt這個字符串，不過之后在將其賦給ofstream的對象myStream時，我們卻用了c_str()這個函數，這是為什么呢？

其實，ofstream接受的參數是char *（暫時不需要知道是什么，馬上我們會學習指針的知識，到時就清楚了），c_str()函數就是用于將string轉換成char *

運行此程序，不出意外的話，你的電腦的C:/Cpp/Files/目錄下就會多出一個文件 scores.txt, 里面的內容如下所示：

你也來試試

你也可以寫一個程序，請求用戶輸入自己的名字和年齡，然后你的程序將這些信息寫入文件。

文件的不同打開模式

我們只需要再處理一個小問題：

假如文件已經存在，那怎么辦呢？

如果運行上面的已有程序，那么文件的內容會被刪除，然后替換為你寫入的內容。但是假如我們想要保留文件本來的內容，只是想在文件末尾追加我們的新內容呢？

不用怕，肯定有辦法的。只需要在打開文件的時候添加第二個參數，用于指明文件的打開模式，如下所示：

ofstream myStream("C:/Cpp/Files/scores.txt", ios::app);

app是英語append的縮寫，表示"追加"，也就是說寫入的內容不會覆蓋原本文件里的內容，而是追加到文件末尾。

讀取文件

我們學習了如何寫文件，現在來學習如何讀取文件內容吧。你會看到，兩種操作是很類似的。

以讀的形式打開文件

之前我們用了ofstream的對象，那么這次就要用到ifstream的對象了，ifstream是input file stream的縮寫。當然也需要測試文件是否順利被打開。

ifstream myStream("C:/Cpp/Files/scores.txt");  //試著打開文件

if(myStream)
{
    //可以讀取文件
}
else
{
    cout << "出錯: 無法以讀的形式打開此文件." << endl;
}

沒有什么新的難點不是嗎？

接下來我們就可以讀取文件內容了。

要讀取文件內容，有三種不同的方式：

1. 一行一行地讀取，用getline()函數

2. 一個詞一個詞地讀取，用>>

3. 一個字符一個字符地讀取，用get()函數

我們分別來學習這三種方式：

一行一行地讀取

第一種方式可以一次讀取整一行的內容，將其存儲在一個字符串里。舉例如下：

string line; // 儲存整行內容的字符串變量
getline(myStream, line); //讀取整一行，存儲到line中

此函數的原理和cin是類似的。

一個詞一個詞地讀取

第二種方式，其實你也早就知道了，畢竟聰慧如你嘛。舉例如下：

double number;
myStream >> number; //從文件中讀取一個浮點數
string word;
myStream >> word;    //從文件中讀取一個單詞

這 個方法會讀取當前所在的文件位置處的內容和之后的一個空格（"詞"并不是我們平時說的一個單詞，而是以空格來分隔的，假如中間沒有空格，那么就是一個詞， 例如heusyg3這是一個詞，但是heu syg3卻被認為是兩個詞，因為中間存在空格）。讀取的內容根據變量的類型會被轉換成double，int，string，等等。

一個字符一個字符地讀取

第三種方式，我們之前沒學過，不過也很簡單就是了。舉例如下：

char a;
myStream.get(a);

上面的代碼讀取一個字符，將其存儲在char型變量a中。

這個方法可以讀取所有字符，不管是字母，空格，回車符，制表符，等等。

還記得在【C++探索之旅】第一部分第五課：簡易計算器中， 我們學習過cin的用法嗎？還記得我們說過在cin>>和getline之間需要使用cin.ignore()嗎？因此，這里我們從一個詞一 個詞地讀取（用cin>>）轉換到一行一行地讀取（用getline()），也需要在之間加入ignore()。不過，因為我們這里是在讀取 文件，所以不能用cin.ignore()，而要使用ifstream的ignore方法，如下所示：

ifstream myStream("C:/Cpp/Files/scores.txt");

string word;
myStream >> word;          //讀取一個詞

myStream.ignore();        //改變讀取方式

string line;
getline(myStream, line); //讀取一整行

一次讀取整個文件

很多時候，我們會希望讀取整個文件。我們已經學習了如何讀取文件，但是還沒學習當到達文件結尾時，如何停止。

為 了獲知我們是否還可以繼續讀取，可以用getline函數的返回值。getline函數的返回值是一個bool（布爾值），如果等于true，還可以繼續 讀，說明還沒到文件末尾；如果等于false，那么說明已經讀取了文件的最后一行或者出錯了。在false的情況下，就不能再繼續讀取了。

還記得我們學過的循環嗎？只要還沒到達文件末尾（getline函數返回是true），我們就繼續讀取文件。while循環就是最好的選擇啦。看如下例子：

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>
using namespace std; 

int main()
{
   ifstream file("C:/Cpp/Files/scores.txt"); // 嘗試打開文件
   
   if(file)
   {
      //文件順利打開，可以讀取了
      
      string line;  //存儲讀取的一整行的變量
      
      while(getline(file, line))  //只要沒到達文件末尾，我們就一直一行一行地讀取
      {
         cout << line << endl;
         //在控制臺顯示讀取的行
         //或者隨便你拿這一行干什么，由你決定
      }
   }
   else
   {
      cout << "出錯: 無法以讀的形式打開此文件." << endl;
   }
   
   return 0;
}

一旦我們讀取了這些行，我們就可以非常方便地操作它們了。在上面的例子中，我們只是把讀取的每一行顯示在控制臺中，但是你可以隨便怎么用。

一些小技巧

這一課的最后，我們來學習幾個小技巧，這樣文件讀寫我們就學習得差不多了。

提前關閉文件

我們已經知道怎么打開一個文件，但還沒演示如何關閉文件。倒不是因為我忘記了，而是之前關閉文件顯得沒有那么必要。一旦我們跳出了文件流聲明的區塊，打開的文件就會被自動關閉。例如：

void f()
{
   ofstream myStream("C:/Cpp/Files/scores.txt"); //打開文件
   
   // 操作文件
   
}  //當我們跳出這個函數，文件就自動被關閉了

因此，并不需要做任何操作來顯式地關閉文件。

但是，有時候我們想要提前關閉文件，在它被自動關閉前。為了達到這個目的，我們必須"不擇手段"... 哦，不是，是使用close函數。例如：

void f()
{   
    ofstream myStream("C:/Cpp/Files/scores.txt");  
    //打開文件C:/Cpp/Files/scores.txt
    
    //使用文件   
    
    myStream.close();  //關閉文件
    //自此，我們將不能再往文件里寫東西了
}

同樣地，我們也可以推遲打開文件。用open函數。例如：

void f(){   
    ofstream myStream;  //聲明文件流，但沒有綁定文件
    myStream.open("C:/Cpp/Files/scores.txt");  
    //打開文件C:/Cpp/Files/scores.txt

    //使用文件   

   myStream.close();  //關閉文件   
   //自此，我們將不能再往文件里寫東西了
}

正如你所見，以上的操作都很簡單。然而，在大部分時候，沒必要使用open和close函數來顯示地打開和關閉文件。

文件里的游標

我們再來深入一些技術細節，"研究"一下文件的讀取是怎么運作的。

你還記得平時用文本編輯器的時候，我們在編輯文本時總會有一個一閃一閃的光標（cursor），指示了我們當前編輯的位置嗎？如下圖所示：

可以看到，目前光標位于Oscar的后面。

在C++中操作文件時，也是同樣的原理。有一個游標（cursor）一直指示當前在文件中的位置。

例如，當我們運行這一行的時候：

ifstream file("C:/Cpp/Files/scores.txt");

文件C:/Cpp/Files/scores.txt會被打開，游標會定位于文件最開始處。

如果之后我們讀取第一個詞，就會讀取到Oscar這個詞。讀取完之后，我們的游標就會位于下一個單詞的開始處了，如下圖所示：

可以看到，現在游標位于is這第二個詞的開始處了。然后我們可以接著讀取第二個詞，第三個，... 一直到文件結束。

但如果這樣的話，我們只能按順序讀取文件，這可太束縛了。我們需要自由，需要飛翔，"在你的心上，自由地飛翔～" （小編，你的藥已經準備好了...）

幸好，我們能夠在文件中移動，說到移動，那就是移動那個cursor（游標）了。例如，我們可以說"我要移動到距離文件開始處20個字符的地方"，或者"我要從當前位置前進32個字符"。這樣，我們就可以很方便地讀取我們真正想要的內容了。

首先，我們要了解游標目前位于哪里。然后才能正確地移動。

獲得在文件中的位置

有一個方法可以獲知當前我們的游標位于文件的第幾個字符處（從文件開始處算起）。不過，對于輸入文件流（ifstream）和輸出文件流（ofstream），所用的函數不一樣，而且名字也有點古怪，我們列在下面：

然而，這兩個函數的使用方法完全一樣。因此只介紹其中一個就可以了。舉例如下：

ofstream file("C:/Cpp/Files/scores.txt");
int position = file.tellp(); //獲取當前位置
cout << "目前位于文件中的第" << position << "個字符處." << endl;

在文件中移動

用于在文件中移動的函數也有兩個，成對的，每一個對應一種流的形式：

用法和之前的兩個函數類似。

這兩個函數接受兩個參數：一個是在文件中的位置，另一個是相對文件中的位置的距離數（字符數/字節數）。

myStream.seekp(numberOfCharacters, position);

對于此函數的position參數，有三種可能的位置：

• 文件開始處 : ios::beg ;

• 文件末尾處 : ios::end ;

• 當前位置 : ios::cur.

例如，我想要移動到距離文件開始處10個字符的地方，我會這么做：

myStream.seekp(10, ios::beg);

假如我想要移動到距離當前游標所在位置的20個字符處，我會這么做：

myStream.seekp(20, ios::cur);

相信你已經理解啦。

獲知文件大小（所包含字節數）

這第三個小技巧需要用到前兩個。為了獲知文件的大小，我們首先移動到文件末尾，然后詢問我們所在的位置。你知道怎么做了嗎？一起來看看吧：

#include <iostream>
#include <fstream>
using namespace std;

int main()
{
    ifstream file("C:/Cpp/Files/scores.txt");  //打開文件
    
    file.seekg(0, ios::end);  //移動到文件末尾
    
    int size;
    size = file.tellg();
    //在文件結尾處調用tellg這個函數，以獲得目前位于第幾個字符處，因此也就知道了文件的大小
    
    cout << "文件的大小是: " << size << "個字節." << endl;
    
    return 0;
}

好了，我們學完了文件讀寫的大致概念。不過肯定不只于此，還有很多知識點需要慢慢在實踐中去探索。

總結

1. 在C++中，為了能讀寫文件，需要引入fstream頭文件。

2. 為了寫入文件，我們需要創建一個ofstream對象；為了讀取文件，我們需要創建一個ifstream對象。

3. 寫入文件的操作其實很類似 cout :  myStream << "文本";  讀取文件的操作其實很類似 cout :  myStream >> variable;
   

4. 可以用getline()函數一行一行地讀取文件。

5. 游標（cursor）指示了寫入操作或讀取操作時，在文件中的位置。如果需要，可以移動這個游標。

第一部分第十一課預告

今天的課就到這里，一起加油吧！

下一課我們學習：小練習，猜單詞