28.7 — 随机文件 I/O

文件指针

每个文件流类都包含一个文件指针，用于跟踪文件中当前的读/写位置。当从文件中读取或写入内容时，读/写操作会在文件指针的当前位置进行。默认情况下，当以读或写模式打开文件时，文件指针会设置在文件开头。但是，如果文件以追加模式打开，文件指针会移动到文件末尾，这样写入操作就不会覆盖文件的当前内容。

使用 seekg() 和 seekp() 进行随机文件访问

到目前为止，我们进行的所有文件访问都是顺序的——也就是说，我们按顺序读写文件内容。然而，也可以进行随机文件访问——即，跳到文件中的各个位置来读取其内容。当您的文件包含大量记录，并且您希望检索特定记录时，这会非常有用。您可以直接跳到您希望检索的记录，而不是读取所有记录直到找到您想要的记录。

随机文件访问通过使用 seekg() 函数（用于输入）和 seekp() 函数（用于输出）来操作文件指针。如果您想知道，g 代表“get”，p 代表“put”。对于某些类型的流，seekg()（改变读取位置）和 seekp()（改变写入位置）是独立操作的——但是，对于文件流，读取和写入位置始终相同，因此 seekg 和 seekp 可以互换使用。

seekg() 和 seekp() 函数接受两个参数。第一个参数是偏移量，用于确定文件指针移动的字节数。第二个参数是一个 ios 标志，指定偏移量参数应从何处偏移。

正偏移量表示将文件指针向文件末尾移动，而负偏移量表示将文件指针向文件开头移动。

以下是一些示例

inf.seekg(14, std::ios::cur); // move forward 14 bytes
inf.seekg(-18, std::ios::cur); // move backwards 18 bytes
inf.seekg(22, std::ios::beg); // move to 22nd byte in file
inf.seekg(24); // move to 24th byte in file
inf.seekg(-28, std::ios::end); // move to the 28th byte before end of the file

移动到文件开头或末尾很容易

inf.seekg(0, std::ios::beg); // move to beginning of file
inf.seekg(0, std::ios::end); // move to end of file

为了让您了解它们的工作原理，我们来使用 seekg() 和我们在上一课中创建的输入文件做一个示例。那个输入文件看起来像这样

This is line 1
This is line 2
This is line 3
This is line 4

这是示例

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

int main()
{
    std::ifstream inf{ "Sample.txt" };

    // If we couldn't open the input file stream for reading
    if (!inf)
    {
        // Print an error and exit
        std::cerr << "Uh oh, Sample.txt could not be opened for reading!\n";
        return 1;
    }

    std::string strData;

    inf.seekg(5); // move to 5th character
    // Get the rest of the line and print it, moving to line 2
    std::getline(inf, strData);
    std::cout << strData << '\n';

    inf.seekg(8, std::ios::cur); // move 8 more bytes into file
    // Get rest of the line and print it
    std::getline(inf, strData);
    std::cout << strData << '\n';

    inf.seekg(-14, std::ios::end); // move 14 bytes before end of file
    // Get rest of the line and print it
    std::getline(inf, strData); // undefined behavior
    std::cout << strData << '\n';

    return 0;
}

这会产生结果

is line 1
line 2
This is line 4

第三行您可能会得到不同的结果，具体取决于您的文件编码方式。

seekg() 和 seekp() 更适合用于二进制文件。您可以通过以下方式以二进制模式打开上述文件：

    std::ifstream inf {"Sample.txt", std::ifstream::binary};

另外两个有用的函数是 tellg() 和 tellp()，它们返回文件指针的绝对位置。这可以用来确定文件的大小。

std::ifstream inf {"Sample.txt"};
inf.seekg(0, std::ios::end); // move to end of file
std::cout << inf.tellg();

在作者的机器上，这会打印出

64

这是 sample.txt 的字节长度（假设最后一行后面有换行符）。

同时读写文件使用 fstream

fstream 类能够同时读写文件——几乎！这里最大的注意事项是，无法任意在读写之间切换。一旦发生读写操作，切换的唯一方法是执行修改文件位置的操作（例如 seek）。如果您实际上不想移动文件指针（因为它已经位于您想要的位置），您可以随时定位到当前位置。

// assume iofile is an object of type fstream
iofile.seekg(iofile.tellg(), std::ios::beg); // seek to current file position

如果您不这样做，可能会发生各种奇怪的事情。

（注意：尽管看起来 iofile.seekg(0, std::ios::cur) 也会起作用，但某些编译器似乎会将其优化掉）。

另一个棘手之处：与 ifstream 不同，我们可以通过 while (inf) 来判断是否还有更多内容可读，这在 fstream 中行不通。

让我们使用 fstream 来做一个文件 I/O 示例。我们将编写一个程序，它打开一个文件，读取其内容，并将找到的任何元音字母更改为“#”符号。

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

int main()
{
    // Note we have to specify both in and out because we're using fstream
    std::fstream iofile{ "Sample.txt", std::ios::in | std::ios::out };

    // If we couldn't open iofile, print an error
    if (!iofile)
    {
        // Print an error and exit
        std::cerr << "Uh oh, Sample.txt could not be opened!\n";
        return 1;
    }

    char chChar{}; // we're going to do this character by character

    // While there's still data to process
    while (iofile.get(chChar))
    {
        switch (chChar)
        {
            // If we find a vowel
            case 'a':
            case 'e':
            case 'i':
            case 'o':
            case 'u':
            case 'A':
            case 'E':
            case 'I':
            case 'O':
            case 'U':

                // Back up one character
                iofile.seekg(-1, std::ios::cur);

                // Because we did a seek, we can now safely do a write, so
                // let's write a # over the vowel
                iofile << '#';

                // Now we want to go back to read mode so the next call
                // to get() will perform correctly.  We'll seekg() to the current
                // location because we don't want to move the file pointer.
                iofile.seekg(iofile.tellg(), std::ios::beg);

                break;
        }
    }

    return 0;
}

运行上述程序后，我们的 Sample.txt 文件将如下所示

Th#s #s l#n# 1
Th#s #s l#n# 2
Th#s #s l#n# 3
Th#s #s l#n# 4

其他有用的文件函数

要删除文件，只需使用 remove() 函数。

此外，is_open() 函数会返回 true 如果流当前是打开的，否则返回 false。

关于将指针写入磁盘的警告

尽管将变量流式传输到文件非常容易，但当您处理指针时，事情会变得更加复杂。请记住，指针只保存其指向变量的地址。尽管可以将地址读写到磁盘，但这样做极其危险。这是因为变量的地址可能在每次执行时都不同。因此，尽管当您将变量地址写入磁盘时，它可能位于地址 0x0012FF7C，但当您将该地址读回时，它可能不再位于那里了！

例如，假设您有一个名为 nValue 的整数，它位于地址 0x0012FF7C。您将 nValue 赋值为 5。您还声明了一个名为 *pnValue 的指针，它指向 nValue。pnValue 保存着 nValue 的地址 0x0012FF7C。您想保存这些以备后用，因此您将值 5 和地址 0x0012FF7C 写入磁盘。

几周后，您再次运行程序，并从磁盘读回这些值。您将值 5 读入另一个名为 nValue 的变量，该变量位于 0x0012FF78。您将地址 0x0012FF7C 读入一个名为 *pnValue 的新指针。因为 pnValue 现在指向 0x0012FF7C，而 nValue 位于 0x0012FF78，所以 pnValue 不再指向 nValue，并且尝试访问 pnValue 将导致麻烦。