C++ 文件输入输出库 – <fstream>（手把手讲解）

C++ 文件输入输出库 – 的入门与实战

在 C++ 编程中，处理数据的方式远不止在控制台打印或读取键盘输入。很多时候，我们需要将程序运行的数据持久化保存到磁盘文件中，或者从文件中加载数据进行处理。这时，C++ 提供的文件输入输出库 —— <fstream> 就成了不可或缺的工具。

这个库是标准库的一部分，提供了 ifstream（输入文件流）、ofstream（输出文件流）和 fstream（双向文件流）三种核心类，让你可以像操作 cin 和 cout 一样，轻松地读写文件内容。虽然初学者可能会觉得文件操作复杂，但只要掌握基本逻辑，你会发现它其实非常直观。

文件流的核心概念：流与文件的“桥梁”

想象一下，文件就像一个图书馆里的书本，而程序则是读者。<fstream> 就是那个连接你和书本之间的“阅读器”。它把文件的内容变成一串连续的“数据流”，你可以从中读取，也可以向其中写入。

在 C++ 中，ifstream 用于从文件读取数据，ofstream 用于向文件写入数据，而 fstream 可以同时支持读和写。它们都继承自 iostream，因此你熟悉的 >> 和 << 操作符依然可用。

⚠️ 提示：使用文件流前，必须包含头文件 <fstream>。

从零开始：创建与写入文件

我们先来一个最简单的例子：创建一个文本文件，并写入几行文字。

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

int main() {
    // 创建一个 ofstream 对象，指定文件名为 "output.txt"
    std::ofstream outFile("output.txt");

    // 检查文件是否成功打开
    if (!outFile.is_open()) {
        std::cerr << "文件打开失败！" << std::endl;
        return 1;
    }

    // 使用 << 操作符向文件写入内容
    outFile << "第一行：Hello, C++ File I/O!" << std::endl;
    outFile << "第二行：这是通过 <fstream> 写入的文本。" << std::endl;
    outFile << "第三行：文件操作其实很简单。" << std::endl;

    // 关闭文件，释放资源
    outFile.close();

    std::cout << "文件写入成功！" << std::endl;

    return 0;
}

代码解析：

• std::ofstream outFile("output.txt");：创建一个输出文件流，尝试打开 output.txt。如果文件不存在，会自动创建。
• !outFile.is_open()：检查文件是否成功打开。这是防止程序因文件无法访问而崩溃的重要步骤。
• outFile << ...：使用输出操作符写入数据，和 cout 用法几乎一样。
• outFile.close();：必须显式关闭文件，否则可能造成数据丢失或资源泄漏。

💡 小贴士：如果你在 IDE 中运行这段代码，运行后会发现项目目录下多了一个 output.txt 文件，打开就能看到写入的内容。

读取文件内容：从磁盘“取书”

现在我们来读取刚才创建的文件。这次用 ifstream。

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

int main() {
    // 创建输入文件流，打开 "output.txt"
    std::ifstream inFile("output.txt");

    // 检查文件是否打开成功
    if (!inFile.is_open()) {
        std::cerr << "文件打开失败！" << std::endl;
        return 1;
    }

    std::string line;
    int lineNumber = 1;

    // 逐行读取文件内容
    while (std::getline(inFile, line)) {
        std::cout << "第 " << lineNumber << " 行: " << line << std::endl;
        lineNumber++;
    }

    // 关闭文件
    inFile.close();

    return 0;
}

代码解析：

• std::getline(inFile, line)：这是读取文件的“神器”函数。它会读取一行内容（直到换行符），并存入 line 字符串中。
• while (std::getline(...))：循环直到文件读完。当文件结束时，getline 会返回 false，循环自动退出。
• 与 >> 不同，getline 会保留空格和换行符，适合处理整行文本。

读写混合：使用 fstream 实现双向操作

有时候你需要同时读和写同一个文件。比如修改配置文件、日志追加等。这时 fstream 就派上用场了。

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

int main() {
    // 使用 fstream 实现读写功能
    std::fstream file("config.txt", std::ios::in | std::ios::out | std::ios::app);

    if (!file.is_open()) {
        std::cerr << "文件打开失败！" << std::endl;
        return 1;
    }

    // 先写入新内容（追加模式）
    file << "last_update=2024-04-05" << std::endl;

    // 将文件指针重置到开头，准备读取
    file.seekg(0, std::ios::beg);

    std::string line;
    std::cout << "文件当前内容：" << std::endl;

    // 读取并输出所有行
    while (std::getline(file, line)) {
        std::cout << line << std::endl;
    }

    file.close();
    return 0;
}

关键点说明：

• std::ios::app：追加模式，写入内容会加在文件末尾。
• file.seekg(0, std::ios::beg)：将“读指针”移动到文件开头。seekg 是“seek get”的缩写，用于控制读位置。
• std::ios::in | std::ios::out：同时启用读和写权限。

✅ 这种方式适合日志记录、配置文件更新等场景。

文件模式详解：选择正确的打开方式

打开文件时，你可以指定不同的模式，决定文件行为。以下是常见模式组合：

📌 示例：std::fstream file("data.bin", std::ios::in | std::ios::binary); 用于读取二进制文件。

实际应用：保存用户信息到文件

我们来做一个更实用的小项目：保存用户信息到文件。

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

struct User {
    std::string name;
    int age;
    std::string email;
};

int main() {
    std::vector<User> users = {
        {"张三", 25, "zhangsan@example.com"},
        {"李四", 30, "lisi@example.com"},
        {"王五", 22, "wangwu@example.com"}
    };

    // 写入用户数据到文件
    std::ofstream outFile("users.txt");
    if (!outFile.is_open()) {
        std::cerr << "无法创建文件！" << std::endl;
        return 1;
    }

    for (const auto& user : users) {
        outFile << user.name << " " << user.age << " " << user.email << std::endl;
    }

    outFile.close();
    std::cout << "用户信息已保存到 users.txt" << std::endl;

    // 读取并显示
    std::ifstream inFile("users.txt");
    if (!inFile.is_open()) {
        std::cerr << "无法打开文件！" << std::endl;
        return 1;
    }

    std::string name;
    int age;
    std::string email;

    std::cout << "\n读取到的用户信息：" << std::endl;
    while (inFile >> name >> age >> email) {
        std::cout << "姓名: " << name << ", 年龄: " << age << ", 邮箱: " << email << std::endl;
    }

    inFile.close();
    return 0;
}

亮点分析：

• 使用结构体封装用户数据，代码更清晰。
• 用 >> 操作符按空格分割读取，适合格式固定的文本。
• 实际项目中，这种数据持久化方式非常常见。

总结与建议

通过本文，我们系统地学习了 C++ 文件输入输出库 —— <fstream> 的核心用法。从最基础的文件创建与写入，到读取、混合读写，再到实际项目中的应用，每一步都围绕“如何让程序与文件对话”展开。

✅ 关键提醒：

• 每次使用文件流前，务必检查 is_open()。
• 写完文件后，一定要调用 close()。
• 选择正确的打开模式，避免意外覆盖或追加错误。

<fstream> 虽然看似简单，但它是构建完整应用程序的重要一环。无论是保存用户数据、读取配置、生成报告，还是处理日志，它都能胜任。

掌握它，你就迈出了让程序“有记忆”的第一步。别再只让程序在内存中“活一瞬”，而是让它真正“活”在你的电脑里。