БлогNot. Лекции по C/C++: работа с файлами (fstream)

Лекции по C/C++: работа с файлами (fstream)

Механизм ввода-вывода, разработанный для обычного языка С, не соответствует общепринятому сегодня стилю объектно-ориентированного программирования, кроме того, он активно использует операции с указателями, считающиеся потенциально небезопасными в современных защищённых средах выполнения кода. Альтернативой при разработке прикладных приложений является механизм стандартных классов ввода-вывода, предоставляемый стандартом языка C++.

Открытие файлов

Наиболее часто применяются классы ifstream для чтения, ofstream для записи и fstream для модификации файлов.

Все поточные классы ввода-вывода являются косвенными производными от общего предка ios, полностью наследуя его функциональность. Так, режим открытия файлов задает член данных перечисляемого типа open_mode, который определяется следующим образом:

enum open_mode { app, binary, in, out, trunc, ate };

Ниже приведены возможные значения флагов и их назначение.

Режим Назначение
in Открыть для ввода (выбирается по умолчанию для ifstream)
out Открыть для вывода (выбирается по умолчанию для ofstream)
binary Открыть файл в бинарном виде
aрр Присоединять данные; запись в конец файла
ate Установить файловый указатель на конец файла
trunc Уничтожить содержимое, если файл существует (выбирается по умолчанию, если флаг out указан, а флаги ate и арр — нет)

Например, чтобы открыть файл с именем test.txt для чтения данных в бинарном виде, следует написать:

ifstream file; 
file.open ("test.txt", ios::in | ios::binary);

Оператор логического ИЛИ (|) позволяет составить режим с любым сочетанием флагов. Так, чтобы, открывая файл по записи, случайно не затереть существующий файл с тем же именем, надо использовать следующую форму:

ofstream file;  
file.open ("test.txt", ios::out | ios::app);

Предполагается, что к проекту подключён соответствующий заголовочный файл:

#include <fstream.h>

Для проверки того удалось ли открыть файл, можно применять конструкцию

if (!file) {
 //Обработка ошибки открытия файла
}

Операторы включения и извлечения

Переопределённый в классах работы с файлами оператор включения (<<) записывает данные в файловый поток. Как только вы открыли файл для записи, можно записывать в него текстовую строку целиком:

file << "Это строка текста";

Можно также записывать текстовую строку по частям:

file << "Это " << "строка " << "текста";

Оператор endl завершает ввод строки символом "возврат каретки":

file << "Это строка текста" << endl;

С помощью оператора включения несложно записывать в файл значения переменных или элементов массива:

ofstream file ("Temp.txt");
char  buff[] = "Текстовый массив содержит переменные";
int   vx = 100;
float pi = 3.14159;
file << buff << endl << vx << endl << pi << endl;

В результате выполнения кода образуется три строки текстового файла Temp.txt:

Текстовый массив содержит переменные
100
3.14159

Обратите внимание, что числовые значения записываются в файл в виде текстовых строк, а не двоичных значений.

Оператор извлечения (>>)производит обратные действия. Казалось бы, чтобы извлечь символы из файла Temp.txt, записанного ранее, нужно написать код наподобие следующего:

ifstream file ("Temp.txt");
char  buff[100];
int   vx;
float pi;
file >> buff >> vx >> pi;

Однако оператор извлечения остановится на первом попавшемся разделителе (символе пробела, табуляции или новой строки). Таким образом, при разборе предложения "Текстовый массив содержит переменные" только слово "Текстовый" запишется в массив buff, пробел игнорируется, а слово "массив" станет значением целой переменной vx и исполнение кода "пойдет вразнос" с неминуемым нарушением структуры данных. Далее, при обсуждении класса ifstream, будет показано, как правильно организовать чтение файла из предыдущего примера.

Класс ifstream: чтение файлов

Как следует из расшифровки названия, класс ifstream предназначен для ввода файлового потока. Далее перечислены основные методы класса. Большая часть из них унаследована от класса istream и перегружена с расширением родительской функциональности. К примеру, функция get, в зависимости от параметра вызова, способна считывать не только одиночный символ, но и символьный блок.

Метод Описание
open Открывает файл для чтения
get Читает один или более символов из файла
getline Читает символьную строку из текстового файла или данные из бинарного файла до определенного ограничителя
read Считывает заданное число байт из файла в память
eof Возвращает ненулевое значение (true), когда указатель потока достигает конца файла
peek Выдает очередной символ потока, но не выбирает его
seekg Перемещает указатель позиционирования файла в заданное положение
tellg Возвращает текущее значение указателя позиционирования файла
close Закрывает файл

Теперь понятно, как нужно модифицировать предыдущий пример, чтобы использование оператора извлечения данных давало ожидаемый результат:

ifstream file("Temp.txt");
char  buff[100];
int    vx;
float pi;
file.getline(buff, sizeof(buff));
file >> vx >> pi:

Метод getline прочитает первую строку файла до конца, а оператор >> присвоит значения переменным.

Следующий пример показывает добавление данных в текстовый файл с последующим чтением всего файла. Цикл while (1) используется вместо while(!file2.eof()) по причинам, которые обсуждались в предыдущей лекции.

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

int main() {
 ofstream file;
 file.open("test.txt",ios::out|ios::app);
 if (!file) {
  cout << "File error - can't open to write data!";
  cin.sync(); cin.get(); return 1;
 }
 for (int i=0; i<10; i++) file << i << endl;
 file.close();

 ifstream file2;
 file2.open("test.txt", ios::in);
 if (!file2) {
  cout << "File error - can't open to read data!";
  cin.sync(); cin.get(); return 2;
 }
 int a,k=0;
 while (1) {
  file2 >> a;
  if (file2.eof()) break;
  cout << a << " ";
  k++;
 }
 cout << endl << "K=" << k << endl;
 file2.close();

 cin.sync(); cin.get(); return 0;
}

В следующем примере показан цикл считывания строк из файла test.txt и их отображения на консоли.

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

int main() {
 ifstream file;            // создать поточный объект file
 file.open("test.txt");    // открыть файл на чтение
 if (!file) return 1;      // возврат по ошибке отрытия
 char str[80];             // статический буфер строки
 // Считывать и отображать строки в цикле, пока не eof
 while (!file.getline(str, sizeof(str)).eof())
  cout << str << endl;     // вывод прочитанной строки на экран
 cin.sync(); cin.get(); return 0;
}

Этот код под ОС Windows также зависит от наличия в последней строке файла символа перевода строки, надежнее было бы сделать так:

while (1) {
 if (file.eof()) break;
 file.getline(str, sizeof(str));
 cout << str << endl;
}

Явные вызовы методов open и close не обязательны. Действительно, вызов конструктора с аргументом позволяет сразу же, в момент создания поточного объекта file, открыть файл:

ifstream file("test.txt");

Вместо метода close можно использовать оператор delete, который автоматически вызовет деструктор объекта file и закроет файл. Код цикла while обеспечивает надлежащую проверку признака конца файла.

Класс ofstream: запись файлов

Класс ofstream предназначен для вывода данных из файлового потока. Далее перечислены основные методы данного класса.

Метод Описание
open Открывает файл для записи
put Записывает одиночный символ в файл
write Записывает заданное число байт из памяти в файл
seekp Перемещает указатель позиционирования в указанное положение
tellp Возвращает текущее значение указателя позиционирования файла
close Закрывает файл

Описанный ранее оператор включения удобен для организации записи в текстовый файл:

ofstream file ("temp.txt");
if (!file) return;
for (int i=1;  i<=3; i++)
file << "Строка " << i << endl; 
file.close();

Бинарные файлы

В принципе, бинарные данные обслуживаются наподобие текстовых. Отличие состоит в том, что если бинарные данные записываются в определенной логической структуре, то они должны считываться из файла в переменную того же структурного типа.

Первый параметр методов write и read (адрес блока записи/чтения) должен иметь тип символьного указателя char *, поэтому необходимо произвести явное преобразование типа адреса структуры void *. Второй параметр указывает, что бинарные блоки файла имеют постоянный размер байтов независимо от фактической длины записи. Следующее приложение дает пример создания и отображения данных простейшей записной книжки. Затем записи файла последовательно считываются и отображаются на консоли.

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

struct Notes {    // структура данных записной книжки
 char Name[60];   // Ф.И.О.
 char Phone[16];  // телефон
 int  Age;        // возраст
}; 

int main() {
 setlocale(LC_ALL, "Russian");
 Notes  Note1= { "Грозный Иоанн Васильевич", "не установлен", 60 };
 Notes  Note2= { "Годунов Борис Федорович ", "095-111-2233 ", 30 };
 Notes  Note3= { "Романов Петр Михайлович ", "812-333-2211 ", 20 };
 ofstream ofile("Notebook.dat", ios::binary);
 ofile.write((char*)&Note1, sizeof(Notes));	// 1-й блок
 ofile.write((char*)&Note2, sizeof(Notes));	// 2-й блок
 ofile.write((char*)&Note3, sizeof(Notes));	// 3-й блок
 ofile.close();			// закрыть записанный файл
 ifstream ifile("Notebook.dat", ios::binary);
 Notes  Note;			    // структурированная переменная
 char str[80];			    // статический буфер строки
 // Считывать и отображать строки в цикле, пока не eof
 while (!ifile.read((char*)&Note, sizeof(Notes)).eof()) {
  sprintf(str, "%s\tТел: %s\tВозраст: %d",
   Note.Name, Note.Phone, Note.Age);
  cout << str << endl;
 }
 ifile.close();		    // закрыть прочитанный файл
 cin.sync(); cin.get(); return 0;
}

В результате выполнения этого кода образуется бинарный файл Notebook.dat из трех блоков размером по 80 байт каждый (при условии, что символы - однобайтовые). Естественно, вы можете использовать другие поточные методы и проделывать любые операции над полями определенной структуры данных.

Класс fstream: произвольный доступ к файлу

Предположим что в нашей записной книжке накопилось 100 записей, а мы хотим считать 50-ю. Конечно, можно организовать цикл и прочитать все записи с первой по заданную. Очевидно, что более целенаправленное решение - установить указатель позиционирования файла pos прямо на запись 50 и считать ее:

ifstream ifile("Notebook.dat", ios::binary); 
int pos = 49 * sizeof(Notes);
ifile.seekg(pos); // поиск 50-й записи
Notes Note; 
  //Notes – описанная выше структура "запись"
ifile.read((char*)&Note, sizeof(Notes));

Подобные операции поиска эффективны, если файл состоит из записей известного и постоянного размера. Чтобы заменить содержимое произвольной записи, надо открыть поток вывода в режиме модификации:

ofstream ofilе ("Notebook.dat", 
         ios::binary | ios::ate);
int pos = 49 * sizeof(Notes);
ofile seekp(pos); // поиск 50-й записи
Notes Note50 = 
 {"Ельцин Борис Николаевич", "095-222-3322", 64};
ofile.write((char*)&Note, sizeof(Notes)); // замена

Если не указать флаг ios::ate (или ios::app), то при открытии бинарного файла Notebook.dat его предыдущее содержимое будет стерто!

Наконец, можно открыть файл одновременно для чтения/записи, используя методы, унаследованные поточным классом fstream от своих предшественников. Поскольку класс fstream произведен от istream и ostream (родителей ifstream и ofstream соответственно), все упомянутые ранее методы становятся доступными в приложении.

В следующем примере показана перестановка первой и третьей записей файла Notebook.dat.

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

struct Notes { char Name[60]; char Phone[16]; int  Age; };

int main() {
 setlocale(LC_ALL, "Russian");
 Notes Note1, Note3;
 // Открыть файл на чтение/запись одновременно
 fstream file("Notebook.dat", ios::binary | ios::in | ios::out);
 file.seekg(2 * sizeof(Notes));	    // найти и считать Note3
 file.read((char*)&Note3, sizeof(Notes));
 file.seekg(0);				    // найти и считать Note1
 file.read((char*)&Note1, sizeof(Notes));
 file.seekg(0);                    // Note1 <== Note3
 file.write((char*)&Note3, sizeof(Notes));
 file.seekg(2 * sizeof(Notes));      // Note3 <== Note1
 file.write((char*)&Note1, sizeof(Notes));
 char str[80]; 
 // Считывать и отображать записи в цикле, пока не eof
 file.seekg(0); // вернуться к началу файла
 while (!file.read((char*)&Note1, sizeof(Notes)).eof()) {
  sprintf(str, "%s\tТел: %s\tВозраст: %d",
   Note1.Name, Note1.Phone, Note1.Age);
  cout << str << endl;
 }
 file.close();
 cin.sync(); cin.get(); return 0;
}

В конструкторе объекта file надо указать флаги ios::in и ios::out, разрешая одновременное выполнение операций чтения и записи. В результате выполнения этого кода первая и третья записи бинарного файла Notebook.dat поменяются местами.

Дополнительные примеры по теме есть в этой заметке.

 Оглавление серии


теги: учебное c++

показать комментарии (2)

05.11.2015, 09:45; рейтинг: 120731