C/C++ 语法教程（13）——文件输入输出

wzf2000
2019年11月11日

C/C++ 语法教程（13）——文件输入输出

文件输入输出

很多时候，输入输出并不在命令行中进行，我们会需要直接对数据文件进行读写操作，这就需要用到各类文件输入输出的方法。

C 文件读写

freopen() 方法

函数原型为：

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

filename 就是需要打开的文件的名字，moode 是文件访问模式，包括以下几种：

一般使用前两种。

stream 是指向 FILE 对象的指针，该 FILE 对象标识了要被重新打开的流，常用的就是 stdin 标准输入流和 stdout 标准输出流。

freopen("a.txt","r",stdin); 这样一个语句的作用，就是将原来通过标准输入流 stdin 输入的函数、流转为从文件 a.txt 中读入，比如 scanf()、getchar() 等等函数。

同理，改成 "w" 就可以将 printf()、puts()、putchar() 等函数改为输出到 a.txt。

具体可以看一下重定向到 stdout 的例子：

#include <stdio.h>

int main ()
{
    FILE *fp;

    printf("该文本重定向到 stdout\n");

    fp = freopen("file.txt", "w+", stdout);

    printf("该文本重定向到 file.txt\n");

    fclose(fp);

    return 0;
}

最后 fclose() 这个 fp 流，相当于关闭这个文件并保存。

这也是一般 OI 比赛中，选手们较为常用的方式。

然而这种重定向的方法往往会覆盖 stdin 和 stdout 这两个常用的输入输出流，而且即便经过了 fclose()，这个重定向也不会还原，所以不建议使用这种重定向方法。

fopen() 方法

函数原型为：

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

这里的 filename 和 mode 的值与含义与上面 freopen 中所说的一样。

它们的区别是，freopen() 是以特定模式打开一个文件，并将其重定向到某个流上，而 fopen() 只是以特定模式打开了文件，对其的操作还需要另外的函数。

同样，想关闭 fopen 打开的文件，也需要使用 fclose() 函数。

接下来介绍一下对特定文件流（FILE *）的读写函数。

写入文件

最简单的函数是：

int fputc( int c, FILE *fp );

使用方法也就是 fputc('a',fp); ，跟 putchar() 的区别就是加了一个文件流的参数（也就是 fopen() 后获得的返回值）。

除此之外，还有：

int fputs( const char *s, FILE *fp );
int fprintf( FILE *fp,const char *format, ...);

两函数跟 puts() 和 printf 的区别只是在不同的位置加上了文件流的参数。

举个例子：

#include <stdio.h>

int main()
{
    FILE *fp = NULL;

    fp = fopen("/tmp/test.txt", "w+");
    fprintf(fp, "This is testing for fprintf...\n");
    fputs("This is testing for fputs...\n", fp);
    fputc('*', fp);
    fclose(fp);

    return 0;
}

读取文件

最简单的函数是：

int fgetc( FILE *fp );

使用方法也就是 ch=fgetc(fp); ，跟 getchar() 的区别就是加了一个文件流的参数（也就是 fopen() 后获得的返回值）。

除此之外，还有：

char *fgets( char *buf, int n, FILE *fp );
int fscanf( FILE *fp, const char *format, ...);

函数 fgets() 从 fp 所指向的输入流中读取 $n - 1$ 个字符。它会把读取的字符串复制到缓冲区 buf，并在最后追加一个 null 字符来终止字符串。

如果这个函数在读取最后一个字符之前就遇到一个换行符 '\n' 或文件的末尾 EOF，则只会返回读取到的字符，包括换行符。

当然 fgets() 跟 gets() 一样不建议使用，fscanf() 跟 scanf() 差距同样只是一个文件流参数。

再举个例子：

#include <stdio.h>

int main()
{
    FILE *fp = NULL;
    char buff[255];

    fp = fopen("/tmp/test.txt", "r");
    fscanf(fp, "%s", buff);
    printf("1: %s\n", buff );

    fgets(buff, 255, (FILE*)fp);
    printf("2: %s\n", buff );

    fgets(buff, 255, (FILE*)fp);
    printf("3: %s\n", buff );
    fclose(fp);

    return 0;
}

其读取上一部分创建的文件，输出为：

1: This
2: is testing for fprintf...

3: This is testing for fputs...

二进制 I/O 函数

下面两个函数用于二进制输入和输出：

size_t fread(void *ptr, size_t size_of_elements,
             size_t number_of_elements, FILE *a_file);
size_t fwrite(const void *ptr, size_t size_of_elements,
              size_t number_of_elements, FILE *a_file);

这两个函数都是用于存储块的读写 - 通常是数组或结构体。

这个可以自己研究，先留个坑。

C++ 文件与流

C++ 的流

一般使用上述流进行文件处理，需要同时包含头文件 iostream 和 fstream。

打开文件

首先对于这三种流，都具备成员函数（类似于上一讲的成员变量）open()：

void open(const char *filename, ios::openmode mode);

filename 当然还是文件（目录和）名称，但是 mode 和之前有所不同：

如果需要使用多种模式的结合，可以使用 | 运算符将其结合。

举两个例子：

ofstream outfile;
outfile.open("file1.dat", ios::out | ios::trunc );

fstream  afile;
afile.open("file2.dat", ios::out | ios::in );

特别地，如果在定义流时，便知道需要打开的文件，比如需要向 1.in 中读取信息，向 1.out 中写入信息，可以直接这么打开文件：

ifstream fin("1.in");
ofstream fout("1.out");

关闭文件

同样这些流有一个成员函数 close()：

void close();

只需要使用以下方法即可关闭文件：

outfile.close();
afile.close();

写入文件

可以使用 ofstream 和 fstream，然后使用 << 运算符，用和 cout 几乎没有区别的方法写入。

比如对于上述中的 outfile 流：

outfile<<"Hello World!"<<endl;

读取文件

可以使用 ifstream 和 fstream，然后使用 >> 运算符，用和 cin 几乎没有区别的方法写入。

比如对于上述中的 afile 流：

int a,b;
afile>>a>>b;

一个实例

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

int main ()
{
    char data[100];

    // 以写模式打开文件
    ofstream outfile;
    outfile.open("afile.dat");

    cout << "Writing to the file" << endl;
    cout << "Enter your name: "; 
    cin.getline(data, 100);

    // 向文件写入用户输入的数据
    outfile << data << endl;

    cout << "Enter your age: "; 
    cin >> data;
    cin.ignore();

    // 再次向文件写入用户输入的数据
    outfile << data << endl;

    // 关闭打开的文件
    outfile.close();

    // 以读模式打开文件
    ifstream infile; 
    infile.open("afile.dat"); 

    cout << "Reading from the file" << endl; 
    infile >> data; 

    // 在屏幕上写入数据
    cout << data << endl;

    // 再次从文件读取数据，并显示它
    infile >> data; 
    cout << data << endl; 

    // 关闭打开的文件
    infile.close();

    return 0;
}

上述程序在命令行产生的结果可能是：

Writing to the file
Enter your name: Zara
Enter your age: 9
Reading from the file
Zara
9

上面的程序还使用了 cin 的 getline() 和 ignore 成员函数，前者用于读取一行（第二个参数是对于读取字符数的限制，如果超过了即便没有换行也停止读入），后者用于忽略之前读入语句后的多余字符。

对于这两个成员函数的更多使用可以自行百度。

文件位置指针

包括 ifstream 的 seekg() 和 ofstream 的 seekp()，相关信息自行了解。

关于输入文件流的特别操作

如何判断文件结束？

一般通过 >> 运算符读入的流（包括 cin），会有一个返回值表示是否读入成功。

每个文件都会有一个结束标志符 EOF，如果文件结束，则读入 EOF 并返回 $0$。

所以可以通过 if (fin>>str) 等类似方法判断文件结束（输入是否成功）。

理论上 ifstream 流和 fstream 流还有一个专门的函数 eof() 判断文件结束，但对于文章末尾的换行符配合读入字符串的读入使用时，往往会出现问题，所以不建议使用。

习题

1. 给定一个文件，由大小写英文和标点符号组成。依照 ASCII 值的从小到大的顺序，统计输出各字符的数量。

   从 input.txt 读入。

   文件中包含大小写英文、标点符号、空格等 ASCII 码可见字符，以及换行符、tab 等。

   输入文件小于 $100\ \mathrm{kb}$。

   输出到 output.txt 中。

   依照 ASCII 值的大小，统计输出各字符的数量。

   其中，没有出现的字符不用输出，不可见字符（换行符、tab 等）不用统计，空格不用统计。

   输出格式每行为 x:y，其中 x 为对应字符，y 为数量。具体格式参考见样例输出。

   样例输入：

   Hello World! hahaha!
   

   样例输出：

   !:2
   H:1
   W:1
   a:3
   d:1
   e:1
   h:3
   l:3
   o:2
   r:1
   
   

2. 给定一个文件，里面为一篇英文文章。要求将文章中的每句话颠倒输出。每句话以英文句号（.）为分隔。

   从 input.txt 读入。

   文件包含大小写英文字符、标点符号、空格、换行符。每句话长度小于 $100000$。

   输入文件小于 $100\ \mathrm{kb}$。

   输入保证每句话都以句号结束。

   输出到 output.txt 中。

   将每句话颠倒后输出。

   输出时去掉所有空格和换行。

   样例输入：

   Hi,Tsinghua.This is a pen.
   Ha ha ha.
   

   样例输出：

   auhgnisT,iH.nepasisihT.ahahaH.
   

 教程 语法