文件与基本读写

参考《NOI大纲》

• 文件的基本概念、文本文件的基本操作
• 文本文件类型与二进制文件类型
• 文件重定向、文件读写等操作

文件输入输出

文件的概念

在 C++ 中，每一个文件都是一个有序的字节流，每个文件都是以文件结束标志（EOF） 结束，如果要操作某个文件，步骤如下：

1. 以指定的模式（读或写）打开文件
2. 对文件进行读、写操作
3. 操作完成后，关闭该文件

在 C++ 中有 fstream 和 freopen 两种方式用于文件输入输出。

fropen函数

freopen 是 C 语言中的函数，用于重新定向标准输入输出流到指定的文件。它可以用于改变程序默认的输入输出流，使程序从文件中读取输入或将输出写入文件。使用 freopen 需要引入 <cstdio> 头文件。

看下面一个示例：

#include <cstdio>
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
  // 读入指定文件内容
  freopen("problem.in", "r", stdin);
  // 输出到文件
  freopen(("problem.out"), "w", stdout);

  int a, b, c;
  cin >> a >> b >> c;
  cout << "三数之和为 " << a + b + c << endl;

  // 关闭标准输入/输出流
  fclose(stdin);
  fclose(stdout);

  return 0;
}

可以看到，一旦我们使用 freopen 函数将标准的 stdin / stdout 重定向后，当我们使用 cin / out / scanf / printf 等函数进行输入输出时，都将被定向到指定的文件。

fstream函数

fstream 是 C++ 中的文件输入输出流类。它提供了打开、读取和写入文件的功能。你可以使用 ifstream 类进行文件读取操作，使用 ofstream 类进行文件写入操作，或者使用 fstream 类同时进行读写操作。

需要注意的是，当我们使用 fstream 函数在读写文件时，就不能使用 C 风格的输入输出 scanf 和 prinft 了。

#include <fstream>
using namespace std;

int main() {
  // 读入
  ifstream fin("problem.in");
  // 输出
  ofstream fout ("problem.out");

  int a, b, c;
  cin >> a >> b >> c;
  cout << "三数之和为 " << a + b + c << endl;

  // 关闭标准输入/输出流
  fin.close();
  fout.close();

  return 0;
}

freopen 与 fstream 比较

fstream 是 C++ 的标准库，而 freopen 是 C 语言的函数，在 C++ 中，两者都可以使用。

相对来说，fstream 提供了更多的功能和灵活性，适用于 C++ 中对文件进行读写操作的场景。而 freopen 则是用于重定向标准输入输出流的 C 语言函数，在 C++ 中也可以使用。具体使用哪种方式取决于你的需求和编程环境。

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【需重新梳理一遍】

C++ 文件读写与 Competitive Programming 相关内容

在 C++ 中进行文件读写是一项重要技能，尤其是在需要本地测试或者题目要求文件输入输出时。本文将详细讲解以下几个部分：

1. 文件的基本概念与文本文件的基本操作
2. 文本文件与二进制文件的区别及操作
3. 文件重定向的概念与实现
4. 文件读写技巧在竞赛编程中的应用

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1. 文件的基本概念与文本文件的基本操作

什么是文件？

• 文件是存储在磁盘或其他存储设备上的数据集合。
• C++ 文件操作通过 fstream 头文件中的类来实现，包括：
  • ifstream（输入文件流）：用于读文件。
  • ofstream（输出文件流）：用于写文件。
  • fstream（文件流）：同时支持读写文件。

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文本文件的基本操作

文本文件是以 ASCII 或 UTF-8 格式存储的文件，主要存储可见字符。

1. 读文件（ifstream）

#include <iostream>
#include <fstream>
using namespace std;

int main() {
    ifstream inputFile("input.txt"); // 打开文件以读取数据
    if (!inputFile.is_open()) {
        cerr << "无法打开文件！" << endl;
        return 1;
    }

    int x, y;
    inputFile >> x >> y; // 从文件中读取两个整数
    cout << "读取的数是: " << x << " 和 " << y << endl;

    inputFile.close(); // 关闭文件
    return 0;
}

2. 写文件（ofstream）

#include <iostream>
#include <fstream>
using namespace std;

int main() {
    ofstream outputFile("output.txt"); // 打开文件以写入数据
    if (!outputFile.is_open()) {
        cerr << "无法打开文件！" << endl;
        return 1;
    }

    int result = 42;
    outputFile << "结果是: " << result << endl; // 将数据写入文件

    outputFile.close(); // 关闭文件
    return 0;
}

3. 读写文件（fstream）

fstream 同时支持读写操作，常用于需要对文件进行多次访问的场景：

#include <iostream>
#include <fstream>
using namespace std;

int main() {
    fstream file("data.txt", ios::in | ios::out | ios::trunc); // 读写模式打开，清空原内容
    if (!file.is_open()) {
        cerr << "文件无法打开！" << endl;
        return 1;
    }

    // 写入数据
    file << "Hello World" << endl;

    // 将文件指针移到文件开头
    file.seekg(0, ios::beg);

    // 读取数据
    string data;
    getline(file, data);
    cout << "读取内容: " << data << endl;

    file.close();
    return 0;
}

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2. 文本文件与二进制文件的区别及操作

区别：

1. 文本文件：

   • 数据存储为字符格式，可用文本编辑器打开查看。
   • 数据经过编码和解码，通常较大。

2. 二进制文件：

   • 数据以二进制格式存储，存储的是原始数据。
   • 更紧凑，读取更快，但不能直接用文本编辑器查看。

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文本文件与二进制文件的读写

文本文件读写（默认模式）

文本文件是 C++ 文件流的默认模式。

ofstream outputFile("text.txt"); // 默认文本写入
outputFile << "12345" << endl;   // 输出字符串，按字符存储
outputFile.close();

二进制文件读写

二进制文件使用 ios::binary 标志，数据直接存储为原始格式。

示例：写入和读取二进制文件

#include <iostream>
#include <fstream>
using namespace std;

int main() {
    // 写二进制文件
    ofstream outFile("binary.dat", ios::binary); // 以二进制模式打开
    int a = 12345;
    outFile.write((char*)&a, sizeof(a)); // 写入原始数据
    outFile.close();

    // 读二进制文件
    ifstream inFile("binary.dat", ios::binary);
    int b;
    inFile.read((char*)&b, sizeof(b)); // 读取原始数据
    cout << "读取的数是: " << b << endl;

    inFile.close();
    return 0;
}

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3. 文件重定向的概念与实现

文件重定向的概念

文件重定向是一种将程序的标准输入/输出流重定向到文件的技术。

• 输入重定向：让 cin 从文件中读取数据，而不是键盘。
• 输出重定向：让 cout 将结果写入文件，而不是输出到屏幕。

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freopen 实现文件重定向

重定向输入与输出

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    freopen("input.txt", "r", stdin);   // 将标准输入重定向到 input.txt
    freopen("output.txt", "w", stdout); // 将标准输出重定向到 output.txt

    int a, b;
    cin >> a >> b; // 从 input.txt 读取数据
    cout << a + b << endl; // 将结果输出到 output.txt

    return 0;
}

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重定向的优点：

1. 代码无需修改：
   使用 cin 和 cout 的代码无需更改，只需添加 freopen。

2. 适合竞赛场景：
   在本地测试时，将测试数据放入文件，可以快速调试。

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4. 文件读写在竞赛编程中的应用

在 Competitive Programming 中，文件操作主要用于：

1. 测试本地样例数据：
   将输入放入 input.txt，程序从文件读取，输出到 output.txt，方便本地调试。

2. 处理大规模数据：
   对于较大的输入输出数据，文件 I/O 可以提高运行效率。

3. 平台要求：
   某些竞赛平台可能要求程序使用文件输入输出。

推荐模板：文件重定向

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    freopen("input.txt", "r", stdin);   // 重定向标准输入到 input.txt
    freopen("output.txt", "w", stdout); // 重定向标准输出到 output.txt

    // 竞赛代码示例
    int n, sum = 0;
    cin >> n; // 从 input.txt 读取数据
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        int x;
        cin >> x;
        sum += x;
    }
    cout << "总和: " << sum << endl; // 输出到 output.txt

    return 0;
}

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5. 常见错误与注意事项

1. 文件路径问题：

   • 确保文件与程序在同一目录。
   • 使用完整路径时，路径要正确。

2. 文件未关闭：

   • 使用 close() 关闭文件，释放资源。

3. 忘记重定向标准输入输出：

   • 文件重定向时，要使用正确的 freopen 语句。

4. 文本模式与二进制模式混淆：

   • 文本文件和二进制文件要分清操作模式。

5. 平台限制：

   • 某些在线评测系统可能不支持 freopen。

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总结

在 C++ 的文件读写中：

1. 使用 ifstream 和 ofstream 实现文本文件的读取和写入。
2. 使用 ios::binary 打开二进制文件，直接读写原始数据。
3. 使用 freopen 重定向标准输入输出，适合竞赛本地测试。

掌握这些技巧后，可以在竞赛编程中高效处理文件读写任务，提高程序调试效率！