## 第六章 C++ 標準函數庫
## C++ Standard Library
## 文件的輸入輸出 (Input/Output with files)
C++ 通過以下幾個類支持文件的輸入輸出：
* ofstream: 寫操作（輸出）的文件類 (由ostream引申而來)
* ifstream: 讀操作（輸入）的文件類(由istream引申而來)
* fstream: 可同時讀寫操作的文件類 (由iostream引申而來)
### 打開文件(Open a file)
對這些類的一個對象所做的第一個操作通常就是將它和一個真正的文件聯系起來，也就是說打開一個文件。被打開的文件在程序中由一個流對象(stream object)來表示 (這些類的一個實例) ，而對這個流對象所做的任何輸入輸出操作實際就是對該文件所做的操作。
要通過一個流對象打開一個文件，我們使用它的成員函數open()：
`void open (const char * filename, openmode mode);`
這里filename 是一個字符串，代表要打開的文件名，mode 是以下標志符的一個組合：
| ios::in | 為輸入(讀)而打開文件 |
| ios::out | 為輸出(寫)而打開文件 |
| ios::ate | 初始位置：文件尾 |
| ios::app | 所有輸出附加在文件末尾 |
| ios::trunc | 如果文件已存在則先刪除該文件 |
| ios::binary | 二進制方式 |
這些標識符可以被組合使用，中間以”或”操作符(|)間隔。例如，如果我們想要以二進制方式打開文件"example.bin" 來寫入一些數據，我們可以通過以下方式調用成員函數open（）來實現：
`ofstream file;
file.open ("example.bin", ios::out | ios::app | ios::binary);`
ofstream, ifstream 和 fstream所有這些類的成員函數open 都包含了一個默認打開文件的方式，這三個類的默認方式各不相同：
| 類 | 參數的默認方式 |
| ofstream | ios::out | ios::trunc |
| ifstream | ios::in |
| fstream | ios::in | ios::out |
只有當函數被調用時沒有聲明方式參數的情況下，默認值才會被采用。如果函數被調用時聲明了任何參數，默認值將被完全改寫，而不會與調用參數組合。
由于對類ofstream, ifstream 和 fstream 的對象所進行的第一個操作通常都是打開文件，這些類都有一個構造函數可以直接調用open 函數，并擁有同樣的參數。這樣，我們就可以通過以下方式進行與上面同樣的定義對象和打開文件的操作：
`ofstream file ("example.bin", ios::out | ios::app | ios::binary);`
兩種打開文件的方式都是正確的。
你可以通過調用成員函數is_open()來檢查一個文件是否已經被順利的打開了：
`bool is_open();`
它返回一個布爾(bool)值，為真（true）代表文件已經被順利打開，假( false )則相反。
### 關閉文件(Closing a file)
當文件讀寫操作完成之后，我們必須將文件關閉以使文件重新變為可訪問的。關閉文件需要調用成員函數close()，它負責將緩存中的數據排放出來并關閉文件。它的格式很簡單：
`void close ();`
這個函數一旦被調用，原先的流對象(stream object)就可以被用來打開其它的文件了，這個文件也就可以重新被其它的進程(process)所有訪問了。
為防止流對象被銷毀時還聯系著打開的文件，析構函數(destructor)將會自動調用關閉函數close。
### 文本文件(Text mode files)
類ofstream, ifstream 和fstream 是分別從ostream, istream 和iostream 中引申而來的。這就是為什么 fstream 的對象可以使用其父類的成員來訪問數據。
一般來說，我們將使用這些類與同控制臺(console)交互同樣的成員函數(cin 和 cout)來進行輸入輸出。如下面的例題所示，我們使用重載的插入操作符<<：
~~~
// writing on a text file
#include <fiostream.h>
int main () {
ofstream examplefile ("example.txt");
if (examplefile.is_open()) {
examplefile << "This is a line.\n";
examplefile << "This is another line.\n";
examplefile.close();
}
return 0;
}
~~~
| file example.txt
This is a line.
This is another line. |
從文件中讀入數據也可以用與 cin的使用同樣的方法：
~~~
// reading a text file
#include <iostream.h>
#include <fstream.h>
#include <stdlib.h>
int main () {
char buffer[256];
ifstream examplefile ("example.txt");
if (! examplefile.is_open())
{ cout << "Error opening file"; exit (1); }
while (! examplefile.eof() ) {
examplefile.getline (buffer,100);
cout << buffer << endl;
}
return 0;
}
~~~
| This is a line.
This is another line. |
上面的例子讀入一個文本文件的內容，然后將它打印到屏幕上。注意我們使用了一個新的成員函數叫做eof ，它是ifstream 從類 ios 中繼承過來的，當到達文件末尾時返回true 。
### 狀態標志符的驗證(Verification of state flags)
除了eof()以外，還有一些驗證流的狀態的成員函數（所有都返回bool型返回值）：
* **bad()**
如果在讀寫過程中出錯，返回 true 。例如：當我們要對一個不是打開為寫狀態的文件進行寫入時，或者我們要寫入的設備沒有剩余空間的時候。
* **fail()**
除了與bad() 同樣的情況下會返回 true 以外，加上格式錯誤時也返回true ，例如當想要讀入一個整數，而獲得了一個字母的時候。
* **eof()**
如果讀文件到達文件末尾，返回true。
* **good()**
這是最通用的：如果調用以上任何一個函數返回true 的話，此函數返回 false 。
要想重置以上成員函數所檢查的狀態標志，你可以使用成員函數clear()，沒有參數。
### 獲得和設置流指針(get and put stream pointers)
所有輸入/輸出流對象(i/o streams objects)都有至少一個流指針：
* ifstream， 類似istream, 有一個被稱為get pointer的指針，指向下一個將被讀取的元素。
* ofstream, 類似 ostream, 有一個指針 put pointer ，指向寫入下一個元素的位置。
* fstream, 類似 iostream, 同時繼承了get 和 put
我們可以通過使用以下成員函數來讀出或配置這些指向流中讀寫位置的流指針：
* **tellg() 和 tellp()**
這兩個成員函數不用傳入參數，返回pos_type 類型的值(根據ANSI-C++ 標準) ，就是一個整數，代表當前get 流指針的位置 (用tellg) 或 put 流指針的位置(用tellp).
* **seekg() 和seekp()**
這對函數分別用來改變流指針get 和put的位置。兩個函數都被重載為兩種不同的原型：
seekg ( pos_type position );
seekp ( pos_type position );
使用這個原型，流指針被改變為指向從文件開始計算的一個絕對位置。要求傳入的參數類型與函數 tellg 和tellp 的返回值類型相同。
seekg ( off_type offset, seekdir direction );
seekp ( off_type offset, seekdir direction );
使用這個原型可以指定由參數direction決定的一個具體的指針開始計算的一個位移(offset)。它可以是：
| ios::beg | 從流開始位置計算的位移 |
| ios::cur | 從流指針當前位置開始計算的位移 |
| ios::end | 從流末尾處開始計算的位移 |
流指針 get 和 put 的值對文本文件(text file)和二進制文件(binary file)的計算方法都是不同的，因為文本模式的文件中某些特殊字符可能被修改。由于這個原因，建議對以文本文件模式打開的文件總是使用seekg 和 seekp的第一種原型，而且不要對tellg 或 tellp 的返回值進行修改。對二進制文件，你可以任意使用這些函數，應該不會有任何意外的行為產生。
以下例子使用這些函數來獲得一個二進制文件的大小：
~~~
// obtaining file size
#include <iostream.h>
#include <fstream.h>
const char * filename = "example.txt";
int main () {
long l,m;
ifstream file (filename, ios::in|ios::binary);
l = file.tellg();
file.seekg (0, ios::end);
m = file.tellg();
file.close();
cout << "size of " << filename;
cout << " is " << (m-l) << " bytes.\n";
return 0;
}
~~~
| size of example.txt is 40 bytes. |
### 二進制文件(Binary files)
在二進制文件中，使用>，以及函數（如getline）來操作符輸入和輸出數據，沒有什么實際意義，雖然它們是符合語法的。
文件流包括兩個為順序讀寫數據特殊設計的成員函數：write 和 read。第一個函數 (write) 是ostream 的一個成員函數，都是被ofstream所繼承。而read 是istream 的一個成員函數，被ifstream 所繼承。類 fstream 的對象同時擁有這兩個函數。它們的原型是：
write ( char * buffer, streamsize size );
read ( char * buffer, streamsize size );
這里 buffer 是一塊內存的地址，用來存儲或讀出數據。參數size 是一個整數值，表示要從緩存（buffer）中讀出或寫入的字符數。
~~~
// reading binary file
#include <iostream>
#include <fstream.h>
const char * filename = "example.txt";
int main () {
char * buffer;
long size;
ifstream file (filename, ios::in|ios::binary|ios::ate);
size = file.tellg();
file.seekg (0, ios::beg);
buffer = new char [size];
file.read (buffer, size);
file.close();
cout << "the complete file is in a buffer";
delete[] buffer;
return 0;
}
~~~
| The complete file is in a buffer |
### 緩存和同步(Buffers and Synchronization)
當我們對文件流進行操作的時候，它們與一個streambuf 類型的緩存(buffer)聯系在一起。這個緩存（buffer）實際是一塊內存空間，作為流(stream)和物理文件的媒介。例如，對于一個輸出流，每次成員函數put (寫一個單個字符)被調用，這個字符不是直接被寫入該輸出流所對應的物理文件中的，而是首先被插入到該流的緩存（buffer）中。
當緩存被排放出來(flush)時，它里面的所有數據或者被寫入物理媒質中（如果是一個輸出流的話），或者簡單的被抹掉(如果是一個輸入流的話)。這個過程稱為同步(synchronization)，它會在以下任一情況下發生：
* **當文件被關閉時:** 在文件被關閉之前，所有還沒有被完全寫出或讀取的緩存都將被同步。
* **當緩存buffer 滿時:**緩存Buffers 有一定的空間限制。當緩存滿時，它會被自動同步。
* **控制符明確指明:**當遇到流中某些特定的控制符時，同步會發生。這些控制符包括：flush 和endl。
* **明確調用函數sync():** 調用成員函數sync() (無參數)可以引發立即同步。這個函數返回一個int 值，等于-1 表示流沒有聯系的緩存或操作失敗。
