第21章 文件输入输出

程序运行时的数据都存储在内存里，断电就消失。文件就像程序的“笔记本”，可以把计算结果、用户配置、游戏存档等数据永久保存到硬盘上。在C++中，我们通过fstream（文件流）这个工具来读写文件，它把文件抽象成一个可以顺序读写的字节流。

文件流家族与打开模式

首先，你需要包含头文件<fstream>。C++提供了三种主要的文件流类，对应不同的操作意图。

创建流对象时，可以指定文件名和打开模式。打开模式决定了文件如何被处理，这是文件操作中第一个容易踩坑的地方。

我在项目中踩过这个坑：用std::ios::out模式打开一个不存在的文件进行写入，程序会创建它。但如果你用std::ios::in | std::ios::out模式打开一个不存在的文件，流会进入失败状态，后续所有操作都会无效。

文本文件读写实战

文本文件读写最简单，直接使用<<和>>操作符，就像用cout和cin一样。但要注意，>>操作符以空白字符（空格、换行、制表符）作为分隔。

// 示例：写入和读取一个简单的配置文件
#include <fstream>
#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    // 1. 写入文本文件
    std::ofstream outFile("config.txt");
    if (!outFile.is_open()) {
        std::cerr << "无法打开文件用于写入！" << std::endl;
        return 1;
    }
    outFile << "PlayerName = " << "Alice" << "\n";
    outFile << "Level = " << 42 << "\n";
    outFile << "Resolution = " << 1920 << "x" << 1080 << std::endl;
    outFile.close(); // 显式关闭是好习惯

    // 2. 读取文本文件
    std::ifstream inFile("config.txt");
    std::string key, equalSign, value;
    while (inFile >> key >> equalSign >> value) {
        std::cout << "Key: " << key << ", Value: " << value << std::endl;
    }
    // 注意：这里“1920x1080”会被“>>”拆分成两个值
    return 0;
}

二进制文件与序列化

当需要保存一个类的对象、一个结构体数组或任何非纯文本数据时，必须使用二进制模式。这个过程称为序列化（把内存对象变成字节流）和反序列化（从字节流重建对象）。

二进制读写使用流对象的read()和write()成员函数。它们的参数是内存地址（char*）和字节数。

struct GameSave {
    char playerName[20];
    int level;
    float health;
    // 注意：结构体内不能有string、vector等动态容器！
};

// 二进制写入
GameSave save = {"Bob", 10, 85.5f};
std::ofstream binOut("save.dat", std::ios::binary);
binOut.write(reinterpret_cast<char*>(&save), sizeof(GameSave));

// 二进制读取
GameSave loadedSave;
std::ifstream binIn("save.dat", std::ios::binary);
binIn.read(reinterpret_cast<char*>(&loadedSave), sizeof(GameSave));

实际开发中，大部分团队不会直接用二进制写整个结构体，因为存在字节序（Endianness）、内存对齐（Alignment）和指针失效三大问题。对于包含动态数据的类，需要设计自定义的序列化函数。

文件定位与随机访问

文件流内部维护一个“当前位置”指针。对于顺序读写，指针自动后移。但有时我们需要跳转到文件特定位置进行读写，这就是随机访问。

控制文件位置指针使用seekg()（用于输入流定位读位置）和seekp()（用于输出流定位写位置）。获取当前位置使用tellg()和tellp()。

std::fstream file("data.bin", std::ios::in | std::ios::out | std::ios::binary);
// 将读指针移动到距文件开头第1024字节处
file.seekg(1024, std::ios::beg);
// 将写指针移动到文件末尾
file.seekp(0, std::ios::end);
long endPos = file.tellp(); // 获取文件总大小

seek的第二个参数是定位基准，有三个选项：std::ios::beg（文件开头），std::ios::cur（当前位置），std::ios::end（文件末尾）。如果你看到程序读取的数据全是乱码，大概率是文件指针定位错了地方，或者忘记以二进制模式打开文件。