Как сделать из файла поток

Добавил пользователь Валентин П.
Обновлено: 05.10.2024

БлогNot. Лекции по C/C++: работа с файлами (fstream)

Лекции по C/C++: работа с файлами (fstream)

Механизм ввода-вывода, разработанный для обычного языка С, не соответствует общепринятому сегодня стилю объектно-ориентированного программирования, кроме того, он активно использует операции с указателями, считающиеся потенциально небезопасными в современных защищённых средах выполнения кода. Альтернативой при разработке прикладных приложений является механизм стандартных классов ввода-вывода, предоставляемый стандартом языка C++.

Открытие файлов

Наиболее часто применяются классы ifstream для чтения, ofstream для записи и fstream для модификации файлов.

Все поточные классы ввода-вывода являются косвенными производными от общего предка ios , полностью наследуя его функциональность. Так, режим открытия файлов задает член данных перечисляемого типа open_mode, который определяется следующим образом:

Ниже приведены возможные значения флагов и их назначение.

Режим	Назначение
in	Открыть для ввода (выбирается по умолчанию для ifstream)
out	Открыть для вывода (выбирается по умолчанию для ofstream)
binary	Открыть файл в бинарном виде
aрр	Присоединять данные; запись в конец файла
ate	Установить файловый указатель на конец файла
trunc	Уничтожить содержимое, если файл существует (выбирается по умолчанию, если флаг out указан, а флаги ate и арр — нет)

Например, чтобы открыть файл с именем test.txt для чтения данных в бинарном виде, следует написать:

Оператор логического ИЛИ ( | ) позволяет составить режим с любым сочетанием флагов. Так, чтобы, открывая файл по записи, случайно не затереть существующий файл с тем же именем, надо использовать следующую форму:

Предполагается, что к проекту подключён соответствующий заголовочный файл:

Для проверки того удалось ли открыть файл, можно применять конструкцию

Операторы включения и извлечения

Переопределённый в классах работы с файлами оператор включения ( ) записывает данные в файловый поток. Как только вы открыли файл для записи, можно записывать в него текстовую строку целиком:

Можно также записывать текстовую строку по частям:

Оператор endl завершает ввод строки символом "возврат каретки":

С помощью оператора включения несложно записывать в файл значения переменных или элементов массива:

В результате выполнения кода образуется три строки текстового файла Temp.txt :

Обратите внимание, что числовые значения записываются в файл в виде текстовых строк, а не двоичных значений.

Оператор извлечения ( >> )производит обратные действия. Казалось бы, чтобы извлечь символы из файла Temp.txt , записанного ранее, нужно написать код наподобие следующего:

Однако оператор извлечения остановится на первом попавшемся разделителе (символе пробела, табуляции или новой строки). Таким образом, при разборе предложения "Текстовый массив содержит переменные" только слово "Текстовый" запишется в массив buff , пробел игнорируется, а слово "массив" станет значением целой переменной vx и исполнение кода "пойдет вразнос" с неминуемым нарушением структуры данных. Далее, при обсуждении класса ifstream , будет показано, как правильно организовать чтение файла из предыдущего примера.

Класс ifstream: чтение файлов

Как следует из расшифровки названия, класс ifstream предназначен для ввода файлового потока. Далее перечислены основные методы класса. Большая часть из них унаследована от класса istream и перегружена с расширением родительской функциональности. К примеру, функция get , в зависимости от параметра вызова, способна считывать не только одиночный символ, но и символьный блок.

Метод	Описание
open	Открывает файл для чтения
get	Читает один или более символов из файла
getline	Читает символьную строку из текстового файла или данные из бинарного файла до определенного ограничителя
read	Считывает заданное число байт из файла в память
eof	Возвращает ненулевое значение (true), когда указатель потока достигает конца файла
peek	Выдает очередной символ потока, но не выбирает его
seekg	Перемещает указатель позиционирования файла в заданное положение
tellg	Возвращает текущее значение указателя позиционирования файла
close	Закрывает файл

Теперь понятно, как нужно модифицировать предыдущий пример, чтобы использование оператора извлечения данных давало ожидаемый результат:

Метод getline прочитает первую строку файла до конца, а оператор >> присвоит значения переменным.

Следующий пример показывает добавление данных в текстовый файл с последующим чтением всего файла. Цикл while (1) используется вместо while(!file2.eof()) по причинам, которые обсуждались в предыдущей лекции.

Этот код под ОС Windows также зависит от наличия в последней строке файла символа перевода строки, надежнее было бы сделать так:

Явные вызовы методов open и close не обязательны. Действительно, вызов конструктора с аргументом позволяет сразу же, в момент создания поточного объекта file , открыть файл:

Вместо метода close можно использовать оператор delete , который автоматически вызовет деструктор объекта file и закроет файл. Код цикла while обеспечивает надлежащую проверку признака конца файла.

Класс ofstream: запись файлов

Класс ofstream предназначен для вывода данных из файлового потока. Далее перечислены основные методы данного класса.

Метод	Описание
open	Открывает файл для записи
put	Записывает одиночный символ в файл
write	Записывает заданное число байт из памяти в файл
seekp	Перемещает указатель позиционирования в указанное положение
tellp	Возвращает текущее значение указателя позиционирования файла
close	Закрывает файл

Описанный ранее оператор включения удобен для организации записи в текстовый файл:

Бинарные файлы

В принципе, бинарные данные обслуживаются наподобие текстовых. Отличие состоит в том, что если бинарные данные записываются в определенной логической структуре, то они должны считываться из файла в переменную того же структурного типа.

Первый параметр методов write и read (адрес блока записи/чтения) должен иметь тип символьного указателя char * , поэтому необходимо произвести явное преобразование типа адреса структуры void * . Второй параметр указывает, что бинарные блоки файла имеют постоянный размер байтов независимо от фактической длины записи. Следующее приложение дает пример создания и отображения данных простейшей записной книжки. Затем записи файла последовательно считываются и отображаются на консоли.

P.S. При выполнении этого и других листингов в Visual Studio последних версий может дополнительно понадобиться подключение директивы _CRT_SECURE_NO_WARNINGS.

В результате выполнения этого кода образуется бинарный файл Notebook.dat из трех блоков размером по 80 байт каждый (при условии, что символы - однобайтовые). Естественно, вы можете использовать другие поточные методы и проделывать любые операции над полями определенной структуры данных.

Класс fstream: произвольный доступ к файлу

Предположим что в нашей записной книжке накопилось 100 записей, а мы хотим считать 50-ю. Конечно, можно организовать цикл и прочитать все записи с первой по заданную. Очевидно, что более целенаправленное решение - установить указатель позиционирования файла pos прямо на запись 50 и считать ее:

Подобные операции поиска эффективны, если файл состоит из записей известного и постоянного размера. Чтобы заменить содержимое произвольной записи, надо открыть поток вывода в режиме модификации:

Если не указать флаг ios::ate (или ios::app ), то при открытии бинарного файла Notebook.dat его предыдущее содержимое будет стерто!

Дополнительно может понадобиться указать, откуда отсчитывается смещение.

Наконец, можно открыть файл одновременно для чтения/записи, используя методы, унаследованные поточным классом fstream от своих предшественников. Поскольку класс fstream произведен от istream и ostream (родителей ifstream и ofstream соответственно), все упомянутые ранее методы становятся доступными в приложении.

По мере усложнения ваших программ они будут сохранять и получать информацию, используя файлы. Если вы знакомы с файловыми манипуляциями в языке С, вы сможете использовать подобные методы и в C++. Кроме того, как вы узнаете из этого урока, C++ предоставляет набор классов файловых потоков, с помощью которых можно очень легко выполнять операции ввода и вывода (В/В) с файлами. К концу данного урока вы освоите следующие основные концепции:

Используя выходной файловый поток, вы можете писать информацию в файл с помощью оператора вставки ( >).
Для открытия и закрытия файла вы используете методы файловых классов.
Для чтения и записи файловых данных вы можете использовать операторы вставки и извлечения, а также некоторые методы файловых классов.

Многие программы, которые вы создадите в будущем, будут интенсивно использовать файлы. Выберите время для экспериментов с программами, представленными в данном уроке. И вы обнаружите, что в C++ выполнять файловые операции очень просто.

ВЫВОД В ФАЙЛОВЫЙ ПОТОК

Из урока 33 вы узнали, что cout представляет собой объект типа ostream(выходной поток). Используя класс ostream, ваши программы могут выполнять вывод в cout с использованием оператора вставки или различных методов класса, например cout.put. Заголовочный файлiostream.h определяет выходной поток cout. Аналогично, заголовочный файл f stream.h определяет класс выходного файлового потока с именемofstream. Используя объекты класса ofstream, ваши программы могут выполнять вывод в файл. Для начала вы должны объявить объект типаofstream, указав имя требуемого выходного файла как символьную строку, что показано ниже:

Если вы указываете имя файла при объявлении объекта типа ofstream, C++ создаст новый файл на вашем диске, используя указанное имя, или перезапишет файл с таким же именем, если он уже существует на вашем диске Следующая программа OUT_FILE.CPP создает объект типа ofstreamи затем использует оператор вставки для вывода нескольких строк текста в файл BOOKINFO.DAT:

Как видите, в C++ достаточно просто выполнить операцию вывода в файл.

ЧТЕНИЕ ИЗ ВХОДНОГО ФАЙЛОВОГО ПОТОКА

Только что вы узнали, что, используя класс ofstream, ваши программы могут быстро выполнить операции вывода в файл. Подобным образом ваши программы могут выполнить операции ввода из файла, используя объекты типа ifstream. Опять же, вы просто создаете объект, передавая ему в качестве параметра требуемое имя файла:

Следующая программа FILE_IN.CPP открывает файл BOOKINFO.DAT, который вы создали с помощью предыдущей программы, и читает, а затем отображает первые три элемента файла:

Чтение целой строки файлового ввода

Из урока 33 вы узнали, что ваши программы могут использовать cin.getlineдля чтения целой строки с клавиатуры. Подобным образом объекты типаifstream могут использовать getline для чтения строки файлового ввода. Следующая программа FILELINE.CPP использует функцию getline для чтения всех трех строк файла BOOKINFO.DAT:

Функция write обычно получает указатель на символьную строку. Символы (char *) представляют собой оператор приведения типов, который информирует компилятор, что вы передаете указатель на другой тип. Подобным образом следующая программа STRU_IN.CPP использует метод read для чтения из файла информации о служащем:

Файловый ввод/вывод в C++ работает очень похоже на обычный ввод/вывод (с небольшими дополнительными сложностями). В C++ есть 3 основных класса файлового ввода/вывода: ifstream (производный от istream ), ofstream (производный от ostream ) и fstream (производный от iostream ). Эти классы выполняют файловый ввод, вывод и ввод/вывод соответственно. Чтобы использовать классы файлового ввода/вывода, вам необходимо включить заголовок fstream .

В отличие от потоков cout , cin , cerr и clog , которые уже готовы к использованию, файловые потоки должны быть настроены программистом явно. Однако это очень просто: чтобы открыть файл для чтения и/или записи, просто создайте экземпляр объекта соответствующего класса файлового ввода/вывода с именем файла в качестве параметра. Затем используйте операторы вставки и извлечения для записи или чтения данных из файла. Как только вы закончите, есть несколько способов закрыть файл: явно вызвать функцию close() или просто позволить переменной ввода/вывода файла выйти за пределы области видимости (деструктор класса файлового ввода/вывода закроет файл за вас).

Вывод в файл

Для вывода в файл в следующем примере мы собираемся использовать класс ofstream . Это очень просто:

Если вы заглянете в каталог своего проекта, вы должны увидеть файл с именем Sample.dat . Если вы откроете его в текстовом редакторе, то увидите, что он действительно содержит две строки, которые мы записали в файл.

Обратите внимание, что для записи одного символа в файл можно использовать функцию put() .

Ввод из файла

Эта программа дает следующий результат:

Хм, это было не совсем то, что мы хотели. Помните, что оператор извлечения разбивает входные строки пробелами. Чтобы читать строки полностью, нам нужно использовать функцию getline() .

Эта программа дает следующий результат:

Буферизованный вывод

Буферизация обычно не проблема, но в определенных обстоятельствах при неосторожности она может вызвать сложности. Главная проблема в этом случае – когда в буфере есть данные, а программа немедленно завершается (либо из-за сбоя, либо из-за вызова exit() ). В этих случаях деструкторы классов файловых потоков не выполняются, что означает, что файлы не закрываются, что означает, что буферы не сбрасываются. В этом случае данные в буфере не записываются на диск и теряются навсегда. Вот почему всегда рекомендуется явно закрывать все открытые файлы перед вызовом exit() .

Можно очистить буфер вручную, используя функцию ostream::flush() или отправив std::flush в выходной поток. Любой из этих методов может быть полезен для обеспечения немедленной записи содержимого буфера на диск на случай сбоя программы.

Одно интересное замечание: std::endl ; также очищает выходной поток. Следовательно, чрезмерное использование std::endl (вызывающее ненужную очистку буфера) может повлиять на производительность при выполнении буферизованного ввода/вывода, когда операции очистки дороги (например, запись в файл). По этой причине программисты, заботящиеся о производительности, для вставки новой строки в выходной поток часто используют ' \n ' вместо std::endl , чтобы избежать ненужной очистки буфера.

Режимы открытия файлов

Что произойдет, если мы попытаемся записать данные в уже существующий файл? Повторный запуск примера вывода в файл показывает, что при каждом запуске программы исходный файл полностью перезаписывается. Что, если вместо этого мы захотим добавить еще немного данных в конец файла? Оказывается, конструкторы файловых потоков принимают необязательный второй параметр, который позволяет указать, как следует открывать файл. Этот параметр называется режимом, и допустимые флаги, которые он принимает, находятся в классе ios .

Режим открытия файла ios	Значение
app	Открывает файл в режиме добавления
ate	Ищет конец файла перед чтением/записью
binary	Открывает файл в двоичном 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	Стирает файл, если он уже существует

Можно указать несколько флагов путем их объединения с помощью побитового ИЛИ (с помощью оператора | ). ifstream по умолчанию использует режим std::ios::in . ofstream по умолчанию использует режим std::ios::out . fstream по умолчанию имеет режим std::ios::in | std::ios::out , то есть по умолчанию вы можете и читать, и писать.

Совет

Из-за того, как fstream был разработан, он может дать сбой, если используется std::ios::in , и открываемый файл не существует. Если вам нужно создать новый файл с помощью fstream , используйте режим только std::ios::out .

Давайте напишем программу, которая добавляет еще две строки к ранее созданному файлу Sample.dat :

Теперь, если мы взглянем на Sample.dat (используя одну из приведенных выше программ-примеров, которая печатает его содержимое, или используя текстовый редактор), мы увидим следующее:

Явное открытие файлов с помощью open()

Также файловый поток можно явно открыть с помощью open() и явно закрыть его с помощью close() . open() работает так же, как конструкторы файловых потоков – она принимает имя файла и необязательный параметр режима открытия файла.

Глобальный объект cout отвечает за вывод в стандартный поток вывода stdout . Оператор вставки передает различные объекты в поток вывода. Манипулятор endl выполняет перевод строки. Оператор позволяет строить цепочки вызовов, которые будут выполняться слева направо: сначала мы вывели строку Hello, world! , а затем манипулятор endl .

Чтобы считать данные из стандартного потока ввода stdin , необходимо воспользоваться объектом cin и оператором извлечения >> .

Здесь мы снова построили цепочку вызовов и получили значения сразу для двух переменных. При обращении к потоку ввода мы не указывали тип данных, которые необходимо прочитать. Оператор >> сам определяет типы объектов и заполняет их из потока ввода.

Объекты cout , cin , а также операторы вставки и извлечения определены в заголовочном файле

Работа с файлами

Все операции ввода-вывода в C++ организованы через потоки и операторы и >> . Мы уже рассмотрели операции ввода-вывода в потоки stdout и stdin . Операции ввода-вывода с файлами устроены схожим образом. Для работы с файловыми потоками необходимо подключить заголовочный файл . Следующая программа создает файл test.txt и записывает в него строку Hello, world!

Сначала мы создали объект типа ofstream . В его конструктор мы передали имя файла test.txt и флаг ios::out , указывающий на то, что мы собираемся осуществлять операции вывода. Всегда необходимо проверять, что операция открытия/создания файла прошла успешно. Если не выполнить эту проверку, то, если по какой-либо причине файл открыть не удалось, дальнейшие шаги приведут к аварийному завершению программы. Метод is_open() позволяет выполнить такою проверку. Дальше идет уже знакомый нам вызов оператора , который в этом случае работает с файловым потоком вывода. Обратите внимание, что нет необходимости вручную закрывать файл, если того не требует логика программы. При выходе объекта ofile из области видимости, файл будет корректно закрыт.

Чтение данных из файла производится следующим образом:

Здесь мы воспользовались файловым потоком ввода ifstream и флагом ios::in . В этой программе мы создали переменную line типа string , чтобы хранить считанные из файла данные. Неочевидным моментом здесь является использование цикла while . Дело в том, что оператор >> считывает символы до тех пор, пока не встретит разделитель (пробел, табуляция или перенос строки). Если бы мы вызвали этот оператор один раз, то в переменную line было бы записано Hello, , а это не то, чего мы хотели. Цикл позволяет прочитать файл до конца.

Если же мы хотим прочитать только одну строчку из файла, то можно воспользоваться функцией getline , определенной в . С этой функцией наша программа примет следующий вид:

Наконец, для чтения символов из потока по одному можно использовать метод get()

Аналогичный метод есть и у объекта cin .

По умолчанию файловые потоки работают в текстовом режиме, т.е. передают и принимают строковые символы. В некоторых случаях необходимо работать непосредственно с последовательностью байт, которые не должны быть интерпретированы как строковые символы. Для таких случаев существует флаг ios::binary . Детали работы с бинарными файлами смотрите в документации.

Строковые потоки

Часто бывает удобно работать со строковыми потоками. Инструменты для работы со строковыми потоками подключаются с помощью заголовочного файла . Строковые потоки позволяют удобно инициализировать объекты различных типов из их текстового представления. Представим себе, что мы получили географические координаты НГУ в виде строки "(54.847830, 83.094392)" . Наша задача извлечь из строки две величины типа double . Сделать это можно следующим образом:

Резюме

Мы обсудили, что все операции ввода-вывода в С++ реализованы единообразно с помощью потоков. Вывод в поток осуществляется с помощью оператора вставки , ввод из потока осуществляется с помощью оператора извлечения >> . Мы рассмотрели три типа потоков: стандартные, файловые и строковые. Этого достаточно для уверенного начала работы с потоками ввода-вывода в C++.

Читайте также: