Урок №212. Базовый файловый ввод/вывод

Работа файлового ввода/вывода в C++ почти аналогична работе обычных потоков ввода/вывода (но с небольшими нюансами).

Оглавление:

Классы файлового ввода/вывода
Файловый вывод
Файловый ввод
Буферизованный вывод
Режимы открытия файлов
Явное открытие файлов с помощью метода open()

Классы файлового ввода/вывода

Есть три основных класса файлового ввода/вывода в C++:

ifstream (является дочерним классу istream);

ofstream (является дочерним классу ostream);

fstream (является дочерним классу iostream).

С помощью этих классов можно выполнять однонаправленный файловый ввод, однонаправленный файловый вывод и двунаправленный файловый ввод/вывод. Для их использования нужно всего лишь подключить заголовочный файл fstream.

В отличие от потоков cout, cin, cerr и clog, которые сразу же можно использовать, файловые потоки должны быть явно установлены программистом. То есть, чтобы открыть файл для чтения и/или записи, нужно создать объект соответствующего класса файлового ввода/вывода, указав имя файла в качестве параметра. Затем, с помощью операторов вставки (<<) или извлечения (>>), можно записывать данные в файл или читать содержимое файла. После этого финал — нужно закрыть файл: явно вызвать метод close() или просто позволить файловой переменной ввода/вывода выйти из области видимости (деструктор файлового класса ввода/вывода закроет этот файл автоматически вместо нас).

Файловый вывод

Для записи в файл используется класс ofstream. Например:

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <cstdlib> // для использования exit()

int main()
{
	using namespace std;

	// ofstream используется для записи данных в файл
	// Создаём файл SomeText.txt
	ofstream outf("SomeText.txt");

	// Если мы не можем открыть этот файл для записи данных в него
	if (!outf)
	{
		// То выводим сообщение об ошибке и выполняем exit()
		cerr << "Uh oh, SomeText.txt could not be opened for writing!" << endl;
		exit(1);
	}

	// Записываем в файл следующие две строчки
	outf << "See line #1!" << endl;
	outf << "See line #2!" << endl;

	return 0;

	// Когда outf выйдет из области видимости, то деструктор класса ofstream автоматически закроет наш файл
}

#include <iostream>

#include <fstream>

#include <cstdlib> // для использования exit()

int main()

{

using namespace std;

// ofstream используется для записи данных в файл

// Создаём файл SomeText.txt

ofstream outf("SomeText.txt");

// Если мы не можем открыть этот файл для записи данных в него

if (!outf)

{

// То выводим сообщение об ошибке и выполняем exit()

cerr << "Uh oh, SomeText.txt could not be opened for writing!" << endl;

exit(1);

}

// Записываем в файл следующие две строчки

outf << "See line #1!" << endl;

outf << "See line #2!" << endl;

return 0;

// Когда outf выйдет из области видимости, то деструктор класса ofstream автоматически закроет наш файл

}

Если вы загляните в каталог вашего проекта (ПКМ по вкладке с названием вашего .cpp файла в Visual Studio > «Открыть содержащую папку»), то увидите файл с именем SomeText.txt, в котором находятся следующие строчки:

See line #1! See line #2!

Обратите внимание, мы также можем использовать метод put() для записи одного символа в файл.

Файловый ввод

Теперь мы попытаемся прочитать содержимое файла, который создали в предыдущем примере. Обратите внимание, ifstream возвращает 0, если мы достигли конца файла (это удобно для определения «длины» содержимого файла). Например:

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>
#include <cstdlib> // для использования exit()

int main()
{
	using namespace std;

	// ifstream используется для чтения содержимого файла
	// Попытаемся прочитать содержимое файла SomeText.txt
	ifstream inf("SomeText.txt");

	// Если мы не можем открыть этот файл для чтения его содержимого
	if (!inf)
	{
		// То выводим следующее сообщение об ошибке и выполняем exit()
		cerr << "Uh oh, SomeText.txt could not be opened for reading!" << endl;
		exit(1);
	}

	// Пока есть данные, которые мы можем прочитать
	while (inf)
	{
		// То перемещаем эти данные в строку, которую затем выводим на экран
		string strInput;
		inf >> strInput;
		cout << strInput << endl;
	}

	return 0;

	// Когда inf выйдет из области видимости, то деструктор класса ifstream автоматически закроет наш файл
}

#include <iostream>

#include <fstream>

#include <string>

#include <cstdlib> // для использования exit()

int main()

{

using namespace std;

// ifstream используется для чтения содержимого файла

// Попытаемся прочитать содержимое файла SomeText.txt

ifstream inf("SomeText.txt");

// Если мы не можем открыть этот файл для чтения его содержимого

if (!inf)

{

// То выводим следующее сообщение об ошибке и выполняем exit()

cerr << "Uh oh, SomeText.txt could not be opened for reading!" << endl;

exit(1);

}

// Пока есть данные, которые мы можем прочитать

while (inf)

{

// То перемещаем эти данные в строку, которую затем выводим на экран

string strInput;

inf >> strInput;

cout << strInput << endl;

}

return 0;

// Когда inf выйдет из области видимости, то деструктор класса ifstream автоматически закроет наш файл

}

Результат выполнения программы выше:

See line #1! See line #2!

Хм, это не совсем то, что мы хотели. Как мы уже знаем из предыдущих уроков, оператор извлечения работает с «отформатированными данными», т.е. он игнорирует все пробелы, символы табуляции и символ новой строки. Чтобы прочитать всё содержимое как есть, без его разбивки на части (как в примере выше), нам нужно использовать метод getline():

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>
#include <cstdlib> // для использования exit()

int main()
{
	using namespace std;

	// ifstream используется для чтения содержимого файлов
	// Мы попытаемся прочитать содержимое файла SomeText.txt
	ifstream inf("SomeText.txt");

	// Если мы не можем открыть файл для чтения его содержимого
	if (!inf)
	{
		// То выводим следующее сообщение об ошибке и выполняем exit()
		cerr << "Uh oh, SomeText.txt could not be opened for reading!" << endl;
		exit(1);
	}

	// Пока есть, что читать
	while (inf)
	{
		// То перемещаем то, что можем прочитать, в строку, а затем выводим эту строку на экран
		string strInput;
		getline(inf, strInput);
		cout << strInput << endl;
	}

	return 0;

	// Когда inf выйдет из области видимости, то деструктор класса ifstream автоматически закроет наш файл
}

#include <iostream>

#include <fstream>

#include <string>

#include <cstdlib> // для использования exit()

int main()

{

using namespace std;

// ifstream используется для чтения содержимого файлов

// Мы попытаемся прочитать содержимое файла SomeText.txt

ifstream inf("SomeText.txt");

// Если мы не можем открыть файл для чтения его содержимого

if (!inf)

{

// То выводим следующее сообщение об ошибке и выполняем exit()

cerr << "Uh oh, SomeText.txt could not be opened for reading!" << endl;

exit(1);

}

// Пока есть, что читать

while (inf)

{

// То перемещаем то, что можем прочитать, в строку, а затем выводим эту строку на экран

string strInput;

getline(inf, strInput);

cout << strInput << endl;

}

return 0;

// Когда inf выйдет из области видимости, то деструктор класса ifstream автоматически закроет наш файл

}

Результат выполнения программы выше:

See line #1! See line #2!

Буферизованный вывод

Вывод в C++ может быть буферизован. Это означает, что всё, что выводится в файловый поток, не может сразу же быть записанным на диск (в конкретный файл). Это сделано, в первую очередь, по соображениям производительности. Когда данные буфера записываются на диск, то это называется очисткой буфера. Одним из способов очистки буфера является закрытие файла. В таком случае всё содержимое буфера будет перемещено на диск, а затем файл будет закрыт.

Буферизация вывода обычно не является проблемой, но, при определённых обстоятельствах, она может вызвать проблемы у неосторожных новичков. Например, когда в буфере хранятся данные и программа преждевременно завершает своё выполнение (либо в результате сбоя, либо путём вызова метода exit()). В таких случаях деструкторы классов файлового ввода/вывода не выполняются, файлы никогда не закрываются, буферы не очищаются и наши данные теряются навсегда. Вот почему хорошей идеей является явное закрытие всех открытых файлов перед вызовом exit().

Также буфер можно очистить вручную, используя метод ostream::flush() или отправив std::flush в выходной поток. Любой из этих способов может быть полезен для обеспечения немедленной записи содержимого буфера на диск в случае сбоя программы.

Интересный нюанс: Поскольку std::endl; также очищает выходной поток, то его чрезмерное использование (приводящее к ненужным очисткам буфера) может повлиять на производительность программы (так как очистка буфера в некоторых случаях может быть затратной операцией). По этой причине программисты, которые заботятся о производительности своего кода, часто используют \n вместо std::endl для вставки символа новой строки в выходной поток, дабы избежать ненужной очистки буфера.

Режимы открытия файлов

Что произойдёт, если мы попытаемся записать данные в уже существующий файл? Повторный запуск программы выше (самая первая) показывает, что исходный файл полностью перезаписывается при повторном запуске программы. А что, если нам нужно добавить данные в конец файла? Оказывается, конструкторы файлового потока принимают необязательный второй параметр, который позволяет указать программисту способ открытия файла. В качестве этого параметра можно передавать следующие флаги (которые находятся в классе ios):

app — открывает файл в режиме добавления;

ate — переходит в конец файла перед чтением/записью;

binary — открывает файл в бинарном режиме (вместо текстового режима);

in — открывает файл в режиме чтения (по умолчанию для ifstream);

out — открывает файл в режиме записи (по умолчанию для ofstream);

trunc — удаляет файл, если он уже существует.

Можно указать сразу несколько флагов путём использования побитового ИЛИ (|).

ifstream по умолчанию работает в режиме ios::in;

ofstream по умолчанию работает в режиме ios::out;

fstream по умолчанию работает в режиме ios::in ИЛИ ios::out, что означает, что вы можете выполнять как чтение содержимого файла, так и запись данных в файл.

Теперь давайте напишем программу, которая добавит две строки в ранее созданный файл SomeText.txt:

#include <iostream>
#include <cstdlib> // для использования exit()
#include <fstream>

int main()
{
	using namespace std;

	// Передаём флаг ios:app, чтобы сообщить fstream, что мы собираемся добавить свои данные к уже существующим данным файла,
	// мы не собираемся перезаписывать файл. Нам не нужно передавать флаг ios::out,
	// поскольку ofstream по умолчанию работает в режиме ios::out
	ofstream outf("SomeText.txt", ios::app);

	// Если мы не можем открыть файл для записи данных
	if (!outf)
	{
		// То выводим следующее сообщение об ошибке и выполняем exit()
		cerr << "Uh oh, SomeText.txt could not be opened for writing!" << endl;
		exit(1);
	}

	outf << "See line #3!" << endl;
	outf << "See line #4!" << endl;

	return 0;

	// Когда outf выйдет из области видимости, то деструктор класса ofstream автоматически закроет наш файл
}

#include <iostream>

#include <cstdlib> // для использования exit()

#include <fstream>

int main()

{

using namespace std;

// Передаём флаг ios:app, чтобы сообщить fstream, что мы собираемся добавить свои данные к уже существующим данным файла,

// мы не собираемся перезаписывать файл. Нам не нужно передавать флаг ios::out,

// поскольку ofstream по умолчанию работает в режиме ios::out

ofstream outf("SomeText.txt", ios::app);

// Если мы не можем открыть файл для записи данных

if (!outf)

{

// То выводим следующее сообщение об ошибке и выполняем exit()

cerr << "Uh oh, SomeText.txt could not be opened for writing!" << endl;

exit(1);

}

outf << "See line #3!" << endl;

outf << "See line #4!" << endl;

return 0;

// Когда outf выйдет из области видимости, то деструктор класса ofstream автоматически закроет наш файл

}

Теперь, если мы посмотрим на SomeText.txt (запустим одну из программ выше с чтением файла или откроем этот файл в каталоге проекта), то увидим следующее:

See line #1! See line #2! See line #3! See line #4!

Явное открытие файлов с помощью метода open()

Точно так же, как мы явно закрываем файл с помощью метода close(), точно так же мы можем и явно открывать файл с помощью метода open(). open() работает аналогично конструкторам класса файлового ввода/вывода: принимает имя файла и режим (необязательно), в котором нужно открыть файл, в качестве параметров. Например:

#include <fstream>

int main()
{
	using namespace std;

	ofstream outf("SomeText.txt");
	outf << "See line #1!" << endl;
	outf << "See line #2!" << endl;
	outf.close(); // явно закрываем файл

	// Упс, мы кое-что забыли сделать
	outf.open("SomeText.txt", ios::app);
	outf << "See line #3!" << endl;
	outf.close();

	return 0;

	// Когда outf выйдет из области видимости, то деструктор класса ofstream автоматически закроет наш файл
}