C++ 文件流

若要把计算结果、配置或日志保存到磁盘，并在下次运行或其他程序中读回，应使用文件而非仅依赖内存。C++ 通过 <fstream> 将iostream 的流模型扩展到磁盘：std::ifstream 读、std::ofstream 写、std::fstream 读写。与 C 语言文件操作 相比，流对象在析构时自动关闭，并支持与格式化、std::string 的自然配合。打开失败时的处理可与异常或返回值检查结合。

使用文件的目的

• 持久化：程序退出后数据仍可保留。
• 批量数据：大量记录可一次读入处理，无需交互输入。
• 交换：通过复制文件在不同环境或语言之间传递文本或二进制数据。

文本与二进制

文本模式

按字符/行处理，换行符可能随平台转换；适合日志、配置、CSV 等人类可读内容。

二进制模式

按字节读写，不做换行转换；适合保存数值数组、结构体块或自定义格式（需注意对齐与可移植性）。

写入并读回

下列程序先写入 notes.txt，关闭后再逐行读出。本站在线编译器不提供磁盘文件，请在本地用 g++ 编译运行。成功时输出为：

#include <fstream>
#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    {
        std::ofstream out("notes.txt");
        if (!out) {
            std::cerr << "open failed\n";
            return 1;
        }
        out << "line one\n";
        out << "The number is " << 42 << '\n';
    }
    std::ifstream in("notes.txt");
    if (!in) {
        std::cerr << "read failed\n";
        return 1;
    }
    std::string line;
    while (std::getline(in, line)) {
        std::cout << line << '\n';
    }
    return 0;
}

输出：

line one
The number is 42

内层块结束时 ofstream 析构并关闭文件，随后的 ifstream 才能读到完整内容。流在布尔上下文中为假表示打开或读写失败（如权限不足、路径无效）。长期运行的程序宜在写完后及时 close() 或让对象离开作用域以刷新缓冲。

读取文本文件

逐行读取常用 std::getline，适合含空格的整行内容：

#include <fstream>
#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::ifstream in("notes.txt");
    if (!in) {
        std::cerr << "notes.txt failed to open\n";
        return 1;
    }
    std::string line;
    while (std::getline(in, line)) {
        std::cout << line << '\n';
    }
    if (in.bad()) {
        std::cerr << "read error\n";
    }
    return 0;
}

• 到达文件尾时 getline 使流进入 eof 状态，循环正常结束。
• 最后一行无换行符时仍能读入该行内容。
• 用 operator>> 读单词时，空白会作为分隔符，行为类似从 cin 读取。

打开模式

构造流或调用 open 时可组合标准库模式标志（与 C 的 fopen 模式对应关系如下）：

std::ofstream log("app.log", std::ios::app);
std::fstream both("data.bin", std::ios::in | std::ios::out | std::ios::binary);

Windows 路径中的反斜杠在字符串中应写成 \\，或改用正斜杠 /（多数实现接受）。

二进制读写入门

对 POD 类型或字节缓冲区可使用 read / write：

#include <fstream>
#include <cstdint>

struct Record { std::int32_t id; double value; };

int main() {
    Record r{1, 3.14};
    std::ofstream out("rec.bin", std::ios::binary);
    out.write(reinterpret_cast<const char*>(&r), sizeof(r));
    out.close();

    Record in{};
    std::ifstream fin("rec.bin", std::ios::binary);
    fin.read(reinterpret_cast<char*>(&in), sizeof(in));
    return 0;
}

跨平台或含 std::string 等非 POD 成员时，不宜直接 write 整个对象；应定义序列化格式或使用文本/专用库。

流状态与异常

除 if (!stream) 外，可查询 eof、fail、bad 等状态。调用 exceptions() 可在失败时抛出 std::ios_base::failure，与项目统一的异常策略一致；许多代码仅在打开与关键读写后检查布尔值即可。

文件操作的一般步骤为：构造或 open 并检查是否成功、读写、关闭（或依赖析构）。本节为持久化数据打下基础。下一节介绍移动语义与右值引用：减少不必要的拷贝。