《C++Primer》第八章-标准 IO 库-学习笔记(2)
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1，2020-02-29笔者提交文章的初版V1.0
作者按：
最近在学习C++ primer，初步打算把所学的记录下来。
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《C++Primer》第二章-变量和基本类型-学习笔记(1)
《C++Primer》第二章-变量和基本类型-学习笔记(2)
《C++Primer》第二章-变量和基本类型-学习笔记(3)
《C++Primer》第三章-标准库类型-学习笔记(1)
《C++Primer》第三章-标准库类型-学习笔记(2)
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《C++Primer》第八章-标准 IO 库-学习笔记(1)
文件的输入和输出
fstream 头文件定义了三种支持文件 IO 的类型：
ifstream，由 istream 派生而来，提供读文件的功能。ofstream，由 ostream 派生而来，提供写文件的功能。fstream，由 iostream 派生而来，提供读写同一个文件的功能
这些类型都由相应的 iostream 类型派生而来，这个事实意味着我们已经知道使用 fstream 类型需要了解的大部分内容了。特别是，可使用 IO 操作符（<<和 >> ）在文件上实现格式化的 IO，而且在前面章节介绍的条件状态也同样适用于 fstream 对象。
fstream 类型除了继承下来的行为外，还定义了两个自己的新操作—— open和 close，以及形参为要打开的文件名的构造函数。fstream、ifstream 或ofstream 对象可调用这些操作，而其他的 IO 类型则不能调用。
文件流对象的使用
我们的程序已经使用过标准库定义的对象：cin、cout 和 cerr。
需要读写文件时，则必须定义自己的对象，并将它们绑定在需要的文件上。
假设ifile 和 ofile 是存储希望读写的文件的名字的 strings 对象，可如下编写代码：
// construct an ifstream and bind it to the file named ifile
ifstream infile(ifile.c_str()); //注解2
// ofstream output file object to write file named ofile
ofstream outfile(ofile.c_str());
//ifile 和 ofile 是存储希望读写的文件的名字的 strings 对象
上述代码定义并打开了一对 fstream 对象。infile 是读的流，而 outfile则是写的流。为 ifstream 或者 ofstream 对象提供文件名作为初始化式，就相当于打开了特定的文件。
上面这种是直接绑定的。下面的这种是先定义后绑定！
ifstream infile; // unbound input file stream
ofstream outfile; // unbound output file stream
上述语句将 infile 定义为读文件的流对象，将 outfile 定义为写文件的对象。这两个对象都没有捆绑具体的文件。在使用 fstream 对象之前，还必须
infile.open("in"); // open file named "in" in the current directory
outfile.open("out"); // open file named "out" in the current directory
调用 open 成员函数将已存在的 fstream 对象与特定文件绑定。为了实现读写，需要将指定的文件打开并定位，open 函数完成系统指定的所有需要的操作。
检查文件打开是否成功
打开文件后，通常要检验打开是否成功，这是一个好习惯：
// check that the open succeeded
if (!infile) {
cerr << "error: unable to open input file: "<< ifile << endl;
return -1;
}
这个条件与之前测试 cin 是否到达文件尾或遇到某些其他错误的条件类似。检查流等效于检查对象是否“适合”输入或输出。如果打开（open）失败，则说明 fstream 对象还没有为 IO 做好准备。当测试对象
if (outfile) // ok to use outfile?
返回 true 意味着文件已经可以使用。如果希望知道文件是否未准备好，则对返回值取反来检查流：
if (!outfile) // not ok to use outfile?
将文件流与新文件重新捆绑
fstream 对象一旦打开，就保持与指定的文件相关联。如果要把 fstream 对象与另一个不同的文件关联，则必须先关闭（close）现在的文件，然后打开（open）另一个文件。要点是在尝试打开新文件之前，必须先关闭当前的文件流。open 函数会检查流是否已经打开。如果已经打开，则会设置内部状态，指出发生了错误，接下来使用文件流的任何尝试都会失败。
ifstream infile("in"); // opens file named "in" for reading
infile.close(); // closes "in"
infile.open("next"); // opens file named "next" for reading
清除文件流的状态
考虑这样的程序，它有一个 vector 对象，包含一些要打开并读取的文件名，程序要对每个文件中存储的单词做一些处理。假设该 vector 对象命名为files，程序也许会有如下循环：
// for each file in the vector vector 对象命名为files
while (it != files.end()) {
ifstream input(it->c_str()); // open the file;
// if the file is ok, read and "process" the input
if (!input)
break; // error: bail out!
while(input >> s) // do the work on this file
process(s);
++it; // increment iterator to getnext file
}
每一次循环都构造了名为 input 的 ifstream 对象，打开并读取指定的文件。构造函数的初始化式使用了箭头操作符对 it 进行解引用，从而获取 it 当前表示的string 对象的 c_str 成员。文件由构造函数打开，并假设打开成功，读取文件直到到达文件结束符或者出现其他的错误条件为止。
在这个点上，input 处于错误状态。任何读 input 的尝试都会失败。因为 input是 while 循环的局部变量，在每次迭代中创建。这就意味着它在每次循环中都以干净的状态即input.good()为 true，开始使用。
如果希望避免在每次 while 循环过程中创建新流对象，可将 input 的定义移到 while 之前。这点小小的改动意味着必须更仔细地管理流的状态。如果遇到文件结束符或其他错误，将设置流的内部状态，以便之后不允许再对该流做读写操作。关闭流并不能改变流对象的内部状态。如果最后的读写操作失败了，对象的状态将保持为错误模式，直到执行 clear 操作重新恢复流的状态为止。调用 clear 后，就像重新创建了该对象一样。
如果打算重用已存在的流对象，那么 while 循环必须在每次循环进记得关闭（close）和清空（clear）文件流：
ifstream input; //这个流在下面这个循环外面定义的，所以不同的文件会对其进行重用。
vector<string>::const_iterator it = files.begin(); //迭代器
// for each file in the vector
while (it != files.end()) {
input.open(it->c_str()); // open the file
// if the file is ok, read and "process" the input
if (!input)
break; // error: bail out!
while(input >> s) // do the work on this file
process(s);
input.close(); // close file when we're done with it
input.clear(); // reset state to ok
++it; // increment iterator to get next file
}
如果忽略 clear 的调用，则循环只能读入第一个文件。要了解其原因，就需要考虑在循环中发生了什么：
首先打开指定的文件。假设打开成功，则读取文件直到文件结束或者出现其他错误条件为止。在这个点上，input 处于错误状态。如果在关闭（close）该流前没有调用 clear 清除流的状态，接着在 input 上做的任何输入运算都会失败。一旦关闭该文件，再打开 下一个文件时，在内层while 循环上读 input 仍然会失败——毕竟最后一次对流的读操作到达了文件结束符，事实上该文件结束符对应的是另一个与本文件无关的其他文件。
如果程序员需要重用文件流读写多个文件，必须在读另一个文件之前调用 clear 清除该流的状态。
文件模式
在打开文件时，无论是调用 open 还是以文件名作为流初始化的一部分，都需指定文件模式（file mode）。每个 fstream 类都定义了一组表示不同模式的值，用于指定流打开的不同模式。与条件状态标志一样，文件模式也是整型常量，在打开指定文件时，可用位操作符设置一个或多个模式。文件流构造函数和 open 函数都提供了默认实参设置文件模式。默认值因流类型的不同而不同。此外，还可以显式地以模式打开文件。
| 文件模式 | 含义 |
|---|---|
| in | 打开文件做读操作 |
| out | 打开文件做写操作 |
| app | 在每次写之前找到文件尾 |
| ate | 打开文件后立即将文件定位在文件尾 |
| trunc | 打开文件时清空已存在的文件流 |
| binary | 以二进制模式进行 IO 操作 |
out、trunc 和 app 模式只能用于指定与 ofstream 或 fstream 对象关联的文件；in 模式只能用于指定与 ifstream 或 fstream 对象关联的文件。
所有的文件都可以用 ate 或 binary 模式打开。ate 模式只在打开时有效：文件打开后将定位在文件尾。以binary 模式打开的流则将文件以字节序列的形式处理，而不解释流中的字符。
默认时，与 ifstream 流对象关联的文件将以 in 模式打开，该模式允许文件做读的操作：与 ofstream 关联的文件则以out 模式打开，使文件可写。以out 模式打开的文件会被清空：丢弃该文件存储的所有数据。
从效果来看，为 ofstream 对象指定 out 模式等效于同时指定了 out 和 trunc 模式。对于用 ofstream 打开的文件，要保存文件中存在的数据，唯一方法是显式地指定app 模式打开：
// output mode by default; truncates file named "file1"
ofstream outfile("file1");
// equivalent effect: "file1" is explicitly truncated
ofstream outfile2("file1", ofstream::out | ofstream::trunc);
// append mode; adds new data at end of existing file named "file2"
ofstream appfile("file2", ofstream::app);
outfile2 的定义使用了按位或操作符将相应的文件同时以out 和 trunc 模式打开。
对同一个文件作输入和输出运算
fstream 对象既可以读也可以写它所关联的文件。fstream 如何使用它的文件取决于打开文件时指定的模式。**默认情况下，fstream 对象以 in 和 out 模式同时打开。**当文件同时以 in和 out 打开时不清空。如果打开 fstream 所关联的文件时，只使用 out 模式，而不指定 in 模式，则文件会清空已存在的数据。如果打开文件时指定了trunc模式，则无论是否同时指定了 in 模式，文件同样会被清空。
下面的定义将copyOut 文件同时以输入和输出的模式打开：
// open for input and output
fstream inOut("copyOut", fstream::in | fstream::out);
模式是文件的属性而不是流的属性
每次打开文件时都会设置模式
ofstream outfile;
// output mode set to out, "scratchpad" truncated
outfile.open("scratchpad", ofstream::out);
outfile.close(); // close outfile so we can rebind it
// appends to file named "precious"
outfile.open("precious", ofstream::app);
outfile.close();
// output mode set by default, "out" truncated
outfile.open("out");
第一次调用 open 函数时，指定的模式是 ofstream::out。当前目录中名为“scratchpad”的文件以输出模式打开并清空。而名为“precious”的文件，则要求以添加模式打开：保存文件里的原有数据，所有的新内容在文件尾部写入。
在打开“out”文件时，没有明确指明输出模式，该文件则以 out 模式打开，这意味着当前存储在“out”文件中的任何数据都将被丢弃。
只要调用 open 函数，就要设置文件模式，其模式的设置可以是显式的也可以是隐式的。如果没有指定文件模式，将使用默认值。
C++ 中的文件名
由于历史原因，IO 标准库使用C 风格字符串而不是C++strings 类型的字符串作为文件名。在创建 fstream 对象时，如果调用open 或使用文件名作初始化式，需要传递的实参应为 C 风格字符串，而不是标准库 strings 对象。程序常常从标准输入获得文件名。通常，比较好的方法是将文件名读入 string 对象，而不是 C 风格字符数组。假设要使用的文件名保存在 string 对象中，则可调用 c_str 成员获取 C 风格字符串。
打开模式的有效组合
并不是所有的打开模式都可以同时指定。有些模式组合是没有意义的，例如同时以 in 和 trunc 模式打开文件，准备读取所生成的流，但却因为 trunc 操作而导致无数据可读。
| 文件模式组合 | 含义 |
|---|---|
| out | 打开文件做写操作，删除文件中已有的数据 |
| out | app | 打开文件做写操作，在文件尾写入 |
| out | trunc | 与 out 模式相同 |
| in | 打开文件做读操作 |
| in | out | 打开文件做读、写操作，并定位于文件开头处 |
| in | out | trunc | 打开文件做读、写操作，删除文件中已有的数据 |
上述所有的打开模式组合还可以添加 ate 模式。对这些模式添加 ate 只会改变文件打开时的初始化定位，在第一次读或写之前，将文件定位于文件末尾处。
一个打开并检查输入文件的示例程序
很多程序都要打开给定文件用于输入。由于需要在多个程序里做这件工作，我们编写一个名为 open_file 的函数实现这个功能。这个函数有两个引用形参，分别是 ifstream 和 string 类型，其中 string 类型的引用形参存储与指定 ifstream 对象关联的文件名：
// open_file 的函数 实现给定文件的输入 两个引用形参，分别是 ifstream 和 string 类型
//而且确保ifstream流是可用的！
// opens in binding it to the given file
ifstream& open_file(ifstream &in, const string &file)
{
in.close(); // close in case it was already open
in.clear(); // clear any existing errors //确保ifstream流是可用的！
// if the open fails, the stream will be in an invalid state
in.open(file.c_str()); // open the file we were given
return in; // condition state is good if open succeeded
}
由于不清楚流 in 的当前状态，因此首先调用 close 和 clear 将这个流设置为有效状态。然后尝试打开给定的文件。如果打开失败，流的条件状态将标志这个流是不可用的。最后返回流对象 in，此时，in 要么已经与指定文件绑定起来了，要么处于错误条件状态。
参考资料
【1】C++ Primer 中文版（第四版·特别版）
注解
【2】 c++中的c_str()用法 ：
语法: c_str()函数返回一个指向正规C字符串的指针, 内容与本string串相同.
const char *c_str();
这是为了与c语言兼容，在c语言中没有string类型，故必须通过string类对象的成员函数c_str()把string 对象转换成c中的字符串样式。
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