第11章 - 文件操作

嗨，朋友！我是长安。

到目前为止，我们的程序数据都是存储在内存中的，程序关闭后数据就丢失了。

这一章，我们要学习文件操作，让数据能够持久化保存到磁盘文件中！

📁 什么是文件操作？

生活中的例子

写日记 - 把今天发生的事情写到日记本（写文件）
看日记 - 翻开日记本阅读以前的内容（读文件）
续写日记 - 在日记本后面继续写（追加文件）

编程中的文件操作

C++ 使用文件流来操作文件：

类型	说明	用途
`ifstream`	输入文件流	读取文件
`ofstream`	输出文件流	写入文件
`fstream`	文件流	读写文件

📝 写入文件

基本步骤

包含头文件 <fstream>
创建文件流对象
打开文件
写入数据
关闭文件

示例1：写入文本文件

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

int main() {
    // 创建输出文件流对象
    ofstream outFile;
    
    // 打开文件（如果文件不存在会创建）
    outFile.open("data.txt");
    
    // 检查文件是否成功打开
    if (!outFile) {
        cout << "文件打开失败！" << endl;
        return 1;
    }
    
    // 写入数据
    outFile << "Hello, World!" << endl;
    outFile << "这是第二行" << endl;
    outFile << "数字：" << 12345 << endl;
    
    // 关闭文件
    outFile.close();
    
    cout << "数据已写入文件！" << endl;
    
    return 0;
}

示例2：简化写法

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

int main() {
    // 创建时直接打开文件
    ofstream outFile("data.txt");
    
    if (!outFile) {
        cout << "文件打开失败！" << endl;
        return 1;
    }
    
    outFile << "这是简化写法" << endl;
    outFile.close();
    
    return 0;
}

📖 读取文件

示例1：逐行读取

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

int main() {
    ifstream inFile("data.txt");
    
    if (!inFile) {
        cout << "文件打开失败！" << endl;
        return 1;
    }
    
    string line;
    cout << "文件内容：" << endl;
    
    // 逐行读取
    while (getline(inFile, line)) {
        cout << line << endl;
    }
    
    inFile.close();
    
    return 0;
}

示例2：读取单词

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

int main() {
    ifstream inFile("data.txt");
    
    if (!inFile) {
        cout << "文件打开失败！" << endl;
        return 1;
    }
    
    string word;
    cout << "文件内容（按单词）：" << endl;
    
    // 逐个单词读取
    while (inFile >> word) {
        cout << word << " ";
    }
    cout << endl;
    
    inFile.close();
    
    return 0;
}

示例3：读取数字

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

int main() {
    // 先写入一些数字
    ofstream outFile("numbers.txt");
    outFile << 10 << " " << 20 << " " << 30 << endl;
    outFile.close();
    
    // 读取数字
    ifstream inFile("numbers.txt");
    int num1, num2, num3;
    
    inFile >> num1 >> num2 >> num3;
    
    cout << "读取的数字：" << num1 << ", " << num2 << ", " << num3 << endl;
    
    inFile.close();
    
    return 0;
}

📋 文件打开模式

模式	说明
`ios::in`	读取模式
`ios::out`	写入模式（会覆盖原文件）
`ios::app`	追加模式（在文件末尾添加）
`ios::binary`	二进制模式
`ios::trunc`	清空文件内容

示例：追加内容

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

int main() {
    // 追加模式打开文件
    ofstream outFile("log.txt", ios::app);
    
    if (!outFile) {
        cout << "文件打开失败！" << endl;
        return 1;
    }
    
    outFile << "这是新追加的内容" << endl;
    outFile.close();
    
    cout << "内容已追加！" << endl;
    
    return 0;
}

🌟 实战案例

案例1：学生成绩管理（文件版）

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

struct Student {
    int id;
    string name;
    double score;
};

// 保存学生到文件
void saveStudent(const Student& stu) {
    ofstream outFile("students.txt", ios::app);
    
    if (!outFile) {
        cout << "文件打开失败！" << endl;
        return;
    }
    
    outFile << stu.id << " " << stu.name << " " << stu.score << endl;
    outFile.close();
    
    cout << "学生信息已保存！" << endl;
}

// 显示所有学生
void showAllStudents() {
    ifstream inFile("students.txt");
    
    if (!inFile) {
        cout << "文件不存在或打开失败！" << endl;
        return;
    }
    
    cout << "\n学号\t姓名\t\t成绩" << endl;
    cout << "--------------------------------" << endl;
    
    Student stu;
    while (inFile >> stu.id >> stu.name >> stu.score) {
        cout << stu.id << "\t" << stu.name << "\t\t" << stu.score << endl;
    }
    
    inFile.close();
}

int main() {
    int choice;
    
    do {
        cout << "\n===== 学生管理系统 =====" << endl;
        cout << "1. 添加学生" << endl;
        cout << "2. 显示所有学生" << endl;
        cout << "0. 退出" << endl;
        cout << "请选择：";
        cin >> choice;
        
        if (choice == 1) {
            Student stu;
            cout << "请输入学号：";
            cin >> stu.id;
            cout << "请输入姓名：";
            cin >> stu.name;
            cout << "请输入成绩：";
            cin >> stu.score;
            
            saveStudent(stu);
            
        } else if (choice == 2) {
            showAllStudents();
        }
        
    } while (choice != 0);
    
    cout << "再见！" << endl;
    
    return 0;
}

案例2：配置文件读写

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

struct Config {
    string username;
    string language;
    int fontSize;
};

// 保存配置
void saveConfig(const Config& config) {
    ofstream outFile("config.ini");
    
    outFile << "username=" << config.username << endl;
    outFile << "language=" << config.language << endl;
    outFile << "fontSize=" << config.fontSize << endl;
    
    outFile.close();
    cout << "配置已保存！" << endl;
}

// 加载配置
Config loadConfig() {
    Config config;
    ifstream inFile("config.ini");
    
    if (!inFile) {
        cout << "配置文件不存在，使用默认配置" << endl;
        config = {"guest", "zh-CN", 14};
        return config;
    }
    
    string line;
    while (getline(inFile, line)) {
        size_t pos = line.find('=');
        if (pos != string::npos) {
            string key = line.substr(0, pos);
            string value = line.substr(pos + 1);
            
            if (key == "username") {
                config.username = value;
            } else if (key == "language") {
                config.language = value;
            } else if (key == "fontSize") {
                config.fontSize = stoi(value);
            }
        }
    }
    
    inFile.close();
    return config;
}

int main() {
    // 加载配置
    Config config = loadConfig();
    
    cout << "当前配置：" << endl;
    cout << "用户名：" << config.username << endl;
    cout << "语言：" << config.language << endl;
    cout << "字体大小：" << config.fontSize << endl;
    
    // 修改配置
    cout << "\n请输入新的用户名：";
    cin >> config.username;
    
    // 保存配置
    saveConfig(config);
    
    return 0;
}

案例3：日志记录

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

void writeLog(const string& message) {
    ofstream logFile("app.log", ios::app);
    
    if (!logFile) {
        cout << "日志文件打开失败！" << endl;
        return;
    }
    
    // 获取当前时间
    time_t now = time(0);
    char* dt = ctime(&now);
    string timeStr(dt);
    timeStr.pop_back();  // 移除换行符
    
    // 写入日志
    logFile << "[" << timeStr << "] " << message << endl;
    logFile.close();
}

int main() {
    writeLog("程序启动");
    
    cout << "执行某些操作..." << endl;
    writeLog("用户登录成功");
    
    cout << "继续操作..." << endl;
    writeLog("数据保存成功");
    
    writeLog("程序退出");
    
    cout << "日志已记录到 app.log" << endl;
    
    return 0;
}

案例4：文件复制

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

bool copyFile(const string& source, const string& dest) {
    ifstream inFile(source, ios::binary);
    if (!inFile) {
        cout << "源文件打开失败！" << endl;
        return false;
    }
    
    ofstream outFile(dest, ios::binary);
    if (!outFile) {
        cout << "目标文件创建失败！" << endl;
        inFile.close();
        return false;
    }
    
    // 复制内容
    char ch;
    while (inFile.get(ch)) {
        outFile.put(ch);
    }
    
    inFile.close();
    outFile.close();
    
    return true;
}

int main() {
    string source, dest;
    
    cout << "请输入源文件名：";
    cin >> source;
    
    cout << "请输入目标文件名：";
    cin >> dest;
    
    if (copyFile(source, dest)) {
        cout << "文件复制成功！" << endl;
    } else {
        cout << "文件复制失败！" << endl;
    }
    
    return 0;
}

案例5：统计文件信息

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

void analyzeFile(const string& filename) {
    ifstream inFile(filename);
    
    if (!inFile) {
        cout << "文件打开失败！" << endl;
        return;
    }
    
    int lineCount = 0;
    int wordCount = 0;
    int charCount = 0;
    
    string line, word;
    
    while (getline(inFile, line)) {
        lineCount++;
        charCount += line.length();
        
        // 统计单词数
        for (char ch : line) {
            if (ch == ' ' || ch == '\t' || ch == '\n') {
                if (!word.empty()) {
                    wordCount++;
                    word.clear();
                }
            } else {
                word += ch;
            }
        }
        if (!word.empty()) {
            wordCount++;
            word.clear();
        }
    }
    
    inFile.close();
    
    cout << "\n===== 文件统计 =====" << endl;
    cout << "行数：" << lineCount << endl;
    cout << "单词数：" << wordCount << endl;
    cout << "字符数：" << charCount << endl;
}

int main() {
    string filename;
    
    cout << "请输入文件名：";
    cin >> filename;
    
    analyzeFile(filename);
    
    return 0;
}

🎯 小结

操作	类	示例
写文件	`ofstream`	`ofstream out("file.txt");`
读文件	`ifstream`	`ifstream in("file.txt");`
读写文件	`fstream`	`fstream file("file.txt");`
追加内容	`ios::app`	`ofstream out("file.txt", ios::app);`
检查打开	`!file`	`if (!file) { ... }`
关闭文件	`close()`	`file.close();`

重要提醒：

✅ 使用完文件后要关闭
✅ 操作前检查文件是否成功打开
✅ 写入模式会覆盖原文件，追加模式不会
✅ 二进制模式用于非文本文件

💪 练习题

写一个程序，将用户输入的多行文本保存到文件
写一个程序，统计文本文件中某个单词出现的次数
写一个程序，读取文件中的学生成绩，计算平均分并保存到新文件
实现一个简单的记事本程序（新建、打开、保存、追加）
写一个程序，合并两个文本文件的内容到第三个文件

点击查看参考答案

题目1 参考答案：

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

int main() {
    ofstream outFile("notes.txt");
    
    if (!outFile) {
        cout << "文件打开失败！" << endl;
        return 1;
    }
    
    cout << "请输入内容（输入 END 结束）：" << endl;
    
    string line;
    while (true) {
        getline(cin, line);
        if (line == "END") {
            break;
        }
        outFile << line << endl;
    }
    
    outFile.close();
    cout << "内容已保存到 notes.txt" << endl;
    
    return 0;
}

题目5 参考答案：

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

bool mergeFiles(const string& file1, const string& file2, const string& output) {
    ofstream outFile(output);
    if (!outFile) return false;
    
    // 复制第一个文件
    ifstream in1(file1);
    if (in1) {
        string line;
        while (getline(in1, line)) {
            outFile << line << endl;
        }
        in1.close();
    }
    
    // 复制第二个文件
    ifstream in2(file2);
    if (in2) {
        string line;
        while (getline(in2, line)) {
            outFile << line << endl;
        }
        in2.close();
    }
    
    outFile.close();
    return true;
}

int main() {
    if (mergeFiles("file1.txt", "file2.txt", "merged.txt")) {
        cout << "文件合并成功！" << endl;
    }
    
    return 0;
}

🚀 下一步

恭喜你掌握了文件操作！现在你的程序可以实现数据持久化了！

下一章，我们要学习预处理器和命名空间，了解 C++ 编译的幕后机制！

➡️ 第12章 - 预处理器和命名空间