第3章 感受（一）——3.14. Hello STL 文件篇

 

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白话C++

3.15. Hello STL 文件篇

使用“成绩管理系统2.0”约一个月，这个月里，李老师的班级进行了大大小小的考试十数次，每次录入成绩之前，都必须重新录入全班学生的基本信息，这让李老师感到疲惫。

在程序运行时，活动数据都生存在内存，把这些数据保存到磁盘上的过程，称为“数据持久化”。当程序退出时，内存数据“灰飞烟灭”也！然而保存在磁盘上的数据， 却可以“投胎转世”，在程序下次运行时，有机会重新被装载到内存。

 

〖轻松一刻〗：人生即程序？

这天我去丁小明家，他刚好一觉醒来。看到我时，丁小明一把就把我紧紧抱住，像个小孩一样的哭着。我问他怎么啦，他说刚做了个梦，在梦中，他是一段程序代码的化身。他问我：“南老师，这个世界是会不会只是一段内存？而我只不过内存中的一个数据？”

出了丁家的门，我几乎神经错乱：“我是一个人，然后我在写一个程序？或者，我是一个对象，生活在一段程序中？”我一路想着，脸上写着莫名的伤感。

 

3.15.1. 写文件

丁小明的问题太累人了，相比之下，还是李老师的问题好解决。

在STL中，“文件”被当成一种“流/stream”——事实上我们对“文件”的概念很清楚，那么什么是“流/stream”呢？ 其实从第一节课开始，我们就一直在用“流”呢。请看：

cout << “Hello world!” << endl;

这一行代码中 “<<”就是“流操作符”，而cout我们说它是：“标准输出设备”，其实它也是一个“流设备”。这一行代码的作用是将“Hello world！”输出到控制台屏幕上，如果我们有一个“文件流”，那么：

a_file_output_stream << “Hello world!” << endl;

类似这样一行代码，就可以将“Hello world!”及一个换行符输出a_file_output_stream 所绑定的文件里——就这么简单！

请新建一个控制台应用项目，命名为“HelloFileStream”。打开main.cpp文件，完成以下代码：

#include <iostream>
002 #include <fstream>

using namespace std;

int main()
{
008    ofstream ofs;
    
010    ofs.open("c://hello_file_stream.txt");
    
012    ofs << "Hello world!" << endl;
    
014    ofs.close();
    
    return 0;
}

编译、运行，然后到C盘的根目录下，你可以找到一个文件名为“hello_file_stream.txt”，双击打开后，看到以下内容：

(图 44 输出到文件的内容)

002 行，加入了包含文件流定义的头文件。文件名中“f”表示“file/文件”。

008行，定义了一个对象，类型为“ofstream”。类型名中“o”表示“output/输出”。

正如控制台区分“标准输出/cout”和“标准输入/cin”一样，文件也可以区分“输出文件流”和“输入文件流”。“输出”意味着我们要“写”一个文件；而“输入”意味着我们要从一个文件中“读取”内容。本例中，我们要新建一个文件，然后写一行话。

010行，我们调用ofstream的成员函数，“open/打开”指定的名字的文件。事实上第一次运行本程序时，你的C盘上并不存在该文件，“输出文件流/ofstream”，默认情况下，会自动创建不存在的文件。

〖危险〗： C++中如何表示文件路径

C++中通过字符串表达的文件路径的方法，与程序所运行的操作系统保持一致，在Linux下类似“/usr/yourdir/yourfile”，完全一致。在Windows要复杂一些。

Windows的表达方法是“X:/yourdir/yourfile.ext”。其中“X:/”是Windows中独有“盘符”。不过，由于“/”在C++字符串有另外的特定用途，所以C++规定，使用“//”表示“/”，如果你忘了这一点，程序往往得到混乱的结果。

还好，windows倒也从善如流，在多数情况下，也支持采用“/”来表示路径了，所以，样例中的010行代码，在windows下也允许写成：

ofs.open("c:/hello_file_stream.txt"); //改用 ‘/’,而不是烦人的’//’ 

 

012行，完成输出。

014行关闭文件流。理论上，确保输出的内容被真正写到磁盘上。

 

〖小提示〗：清空缓冲区

读写磁盘文件，相比内存操作，性能至少弱了10倍。因此，为了提高性能，文件操作在操作系统和C++库中，都设计缓存区，即写文件时，会首先写到内存中，等达到一定分量了，再一次性写入磁盘。而读文件时，则会首先读出一大段内容到内存中。

ofstream提供函数flash()：用以强迫将缓存区数据写入磁盘，你可以把它当成是输入流中的“sync()”函数理解。不过，在当文件流在close()时，会保证自动调用flash()操作。

 

3.15.2. 读文件

继续前例代码，现在main函数内容如下：

int main()
{
    ofstream ofs;
    
    ofs.open("c://hello_file_stream.txt");
    
    ofs << "Hello world!" << endl;
    
    ofs.close();
    
016    ifstream ifs;
    
018    ifs.open("c://hello_file_stream.txt");
    
020    if (!ifs)
    {
        cout << "open file fail!" << endl;
    }
024    else
    {
        string line;
        
028        getline(ifs, line);
        
030        cout << line << endl;
    }
    
    return 0;
}

016行，我们声明了一个文件流对象ifs，不过这回它的类型是“ifstream”，其中“i”代表“input/输入”。我们将这个文件中“获得输入”。

018行，ifs尝试打开前面输出的文件。这回如果指定一个并不存在的文件，ifstream可不会为我们自动创建那个文件——因为那样没有意义，你打开它能读什么内容。

020行正是用来判断ifs打开文件时是否失败了，如果失败，我们往屏幕上输出一行提示：“open file fail!”。

028行位于文件正确打开的分支中。你非常熟悉“getline”的函数，不是吗？相比以前，“cin”被换成文件流“ifs”，所以，以前我们是从控制台读取通过用户键盘输入的内容，而这一次，我们从指定的文件中读取内容。

030行在屏幕上输出前面从文件读出的内容，不用猜了，它肯定是“Hello world!”。

 

〖课堂作业〗：完成文件输入流样例项目

1、请完整实现本项目，编译、并运行。确保结果正确。

2、完成上一步。请修改018行代码中的文件名，使其代表一个实际不存在的文件，然后重新编译、运行程序，观察输出。

 

3.15.3. 带格式读取

假设我们有三个数字：9, 10, 11，我们想把它们写到文件，该如何实现呢？有了前面的知识，似乎可以直接给出答案：

//…

ofs << 9 << 10 << 11 << endl; //连续输出 三个数：9，10，11

//…

 

但问题就在此时发生，当我们用记事本打开刚刚所写的文件，你会看到文件中保存这样一个数字：91011。不信我们再写一段代码用于读出这个数，并且输出到屏幕：

//…

int number;

ifs >> number;

cout << number; // 91011

//...

怎么解决问题？似乎也不难，输出时，每个数字之间加一个分隔符即可。假设我们用逗号（注意：必须是半角英文字符）分隔。

//…

ofs << 9 << ‘,’ << 10 << ‘,’ << 11 << endl;

//...

现在输出到文件中的内容是：“9,10,11”。对应的，读取的时候，我们要跳过中间的两中逗号。输入流提供了这样一个函数：ignore()，它默认可以跳过一个字符。

//…
int n1, n2, n3; //直接定义三个整形变量
ifs >> n1;
ifs. ignore(); //跳过第一个逗号
ifs >> n2;
ifs. ignore(); //跳过第二个逗号
ifs >> n3;
cout << n1 << “, ” << n2 << “, ” << n3 << endl; //9, 10, 11
//…

问题虽然解决了，但你会使发现，有关“读”的代码变得有些繁琐，C++为此提供了两个方向的解决办法：

其一、允许我们保留对‘,’的偏爱，但我们必须采用自定义的“流操控函数”实现。这是一个高级方法，我们留待以后学习。

其二、山不转水转，改用空格作为数字间的分隔符。这正是我们今天要学习的。请看新的示例代码：

//…

ofs << 9 << ‘ ’ << 10 << ‘ ’ << 11 << endl;

//…

 

注意，单引号中间是一个半角空格。此时输出到文件的内容是：“9 10 11”。

然后，读代码为：

//…

int n1, n2, n3;

ifs >> n1 >> n2 >> n3; //一行代码读入！

cout << n1 << “, ” << n2 << “, ” << n3 << endl;

//…

并不是空格有比逗号神奇的本事，而是因为C++的输入流，在“有格式”的读操作中，默认可以忽略空格、缩进符（用’/t’表示）、换行符(即<< endl 的输出内容)；因此，输出文件时，改用以下代码也可以工作：

//…

ofs << 9 << endl << 10 << endl << 11 << endl;

//…

结果是每个数字输出成单独一行。读代码无须变化。

这种行为，仅对通过“>>”来输入时有效。完整的表达就是：当使用“流输入操作符 >>”来读取一个有既定的格式的内容（比如数字、字符串、单个字符）时，流将自动跳过之前的连续空格符、缩进符、换行符，并且在遇到下一个前述字符时，自动结束读取。这种行为被称为：“带格式读取/Formatted Input”。而其它另外一些输入行为，比如我们常用到的“getline()”，则被称为：“无格式读取/Unformatted Input”。

带格式读取的行为，是一种默认行为，必要时，我们仍然可以取消这种行为，我们将在以后再学习此项内容。

 

〖课堂作业〗：练习带格式读取操作

请新建一个控制台项目：“HelloSTLFileStreamFormattedInput”，用以完成本小节的所有示例。

 

3.15.4. 实例：成绩管理系统3.0

“文件读写”技术可以让我们的“成绩管理系统”增加非常多强大的功能，比如：保存学生基本信息、保存某次考试成绩。保存排名成绩，以及读入各类已存信息的对应功能。不过为了节省篇幅，特别是为了不使问题复杂化，我们将只实现对“学生基本信息”的文件读写功能。

新建控制台应用项目，命名为“HelloSTL_ScoreManage_Ver3”。打开项目内main.cpp文件，确保它的文件编码为“系统默认”；接着，打开前一版本“HelloSTL_ScoreManage_Ver2”的main.cpp文件，复制后者的全部内容到前者，然后关闭前一版本的 main.cpp文件。

为了证明你的操作正确，请立即编译，运行，现在我们应该得到一个和Ver2功能完全一样的管理系统。

• 包含头文件：

#include <iostream>
#include <list> 
#include <vector>
#include <string>
#include <algorithm>
006 #include <fstream> //增加本行

 

• 增加成员函数

/学生成绩管理类
class StudentScoreManager
{
public:
    void InputStudents(); //录入学生基本信息（录入前自动清空原有数据） 
030     void SaveStudents() const; // 保存学生基体信息到文件
031     void LoadStudents(); //从文件中读入学生基本信息。

    //后面代码略......       
};

请考虑，为什么SaveStudent是一个常量成员函数，而LoadStudents不是。

 

• SaveStudents

在原有InputStudents()函数的代码之后，插入SaveStudents的实现：

//保存学生基本信息到特定的文件中：
void StudentScoreManager::SaveStudents() const
{
    ofstream ofs;
118    ofs.open(".//students_base_info.txt");
    
120    if (!ofs)
    {
        cout << "打开成绩输出文件失败！" << endl;
        return;
    }
    
    //保存学员个数，方便于后面的读文件过程
127    unsigned int count = students.size();
    ofs << count << endl;
    
    for (unsigned int i=0; i<count; ++i)
    {
        ofs << students[i].number << endl; 
        ofs << students[i].name << endl; 
    }
    
    ofs.close(); 
    
138    cout << "保存完毕，共保存" << count << "位学生基本信息。" << endl;
}

118行的".//students_base_info.txt"，使用到了“./”。在Windows中，“./”表示当前路径。如果你不了解路径知识，或许事后你需要去补充一下这方面的知识。

 

〖危险〗：程序文件所在路径，不一定就是当前路径

在Code::Blocks中，通过一个名为 “HelloSTL_ScoreManage_Ver3”的项目，所生成的“调试版”可执行文件文件：

“项目父文件夹/HelloSTL_ScoreManage_Ver3/bin/Debug/ HelloSTL_ScoreManage_Ver3.exe”。

然而，当我们在Code::Blocks IDE环境内运行该程序时，它的运行路径，将位于：

“项目父文件夹/HelloSTL_ScoreManage_Ver3/”。

也就是，在本例中，文件“./students_base_info.txt”被生成后，其完整路径其实为：

“项目父文件夹/HelloSTL_ScoreManage_Ver3/ students_base_info.txt”。

120行，这次我们对输出文件也做了是否正确打开的判断，特殊情况下，比如您把项目创建在一个U盘后，很不凑巧，U盘没有磁盘空间了，或者被您临时加上了磁盘写锁开关……总之，小心行得万年船。

127行特意将当前学生个数，写到文件，写完个数，才一个个地输出学生基本信息。这是一个常用的读写数据的技巧。

138行仅用于给出一个稍微友好一点的提示，告诉用户操作完成了。

 

• LoadStudents

//从特定的文件中，读入学生基本信息：
void StudentScoreManager::LoadStudents() 
{
    ifstream ifs;
    ifs.open(".//students_base_info.txt");
    
    if (!ifs)
    {
        cout << "打开成绩输入文件失败！" << endl;
        return;
    }
    
153    students.clear(); //清除原来的学生数据
 
unsigned int count = 0;
156    ifs >> count; //读入个数
    
158    for (unsigned int i=0; i<count; ++i)
    {
        Student stu; 
        
162        ifs >> stu.number; 
        
164        ifs.ignore(); //替后续的getline跳过：学号之后的换行符
165        getline(ifs, stu.name);  //读入姓名
       
        students.push_back(stu); //加入
    }
    
    cout << "加载完毕，共加载：" << count << "位学生的基本信息。" << endl;
}

153行是一项重要的逻辑，如果不清除原有数据，那么多执行两次“LoadStudents”，学生的信息就会出现重复。

156行，我们读入文件中所保存的学生个数，然后在158行的for循环中，方便地用上这个数目。（当然，这里忽略安全问题：比如文件被恶意篡改）。

由于学号和姓名在保存时，采用换行分隔，所以当162行完成读取学号之后，会留下一个换行符，此时如果直接用getline来读入姓名，由于getline 是一个“Unformatted Input”操作，所以它不懂得跳过那个换行符，从而读到一个空行。所以，我们在164行，调用ignore()来跳过换行符。

 

〖小提示〗：用什么方式来读取人名？

如果我们也采用“Formatted Input”来读取姓名，则代码可以简单一些：

ifs >> stu.number;

ifs >> stu.name;

然而，这样做却带来另一个问题：姓名中间不允许带空格了。中国人名没问题，但外国人名书写时，就肯定在中间带一个空格了。这是一个需求问题，还是打个电话给李老师，问问学校里有没有外国小朋友吧。

 

• 修改 Menu函数

两个重要的函数实现了。接下来就是在菜单中增加入口了。为了方便使用，建议把二者安排为“8”和“9”号功能。8，9号本是“关于”和“帮助”，现在它们顺延为“10”和“11”。

int Menu()
{
    cout << "---------------------------" << endl;
497    cout << "----学生成绩管理系统 Ver3.0----" << endl;
    cout << "---------------------------" << endl;
    
    cout << "请选择：(0~1)" << endl;

    //此处略去1~7号原有菜单项    

514    cout << "---------------------------" << endl;
515    cout << "8--#加载学生基本信息" << endl;
516    cout << "9--#保存学生基本文件" << endl;
    
    cout << "---------------------------" << endl;
    cout << "10--#关于" << endl;
    cout << "11--#帮助" << endl;
    
    cout << "---------------------------" << endl;
    cout << "0--#退出" << endl;
    
    int sel;
    cin >> sel;
        
    if (CheckInputFail())
    {
        return -1;
    }
    
    cin.sync(); //清掉输入数字之后的 回车键

    return sel;
}

• 修改main函数

nt main()
{
    StudentScoreManager ssm;

    while(true)
    {
        int sel = Menu();
                
        if (sel == 1)
        {
            ssm.InputStudents();
        }

        //略去部分代码...直接跳到8号功能
      
        else if (sel == 8)
        {
576            ssm.LoadStudents();
        }
        else if (sel == 9)
        {
580            ssm.SaveStudents();
        }
        else if (sel == 10)
        {
            About();
        }
        else if (sel == 11)
        {
            Help();
        }
        else if (sel == 0)
        {
            break;
        }
        else //什么也不是..
        {
596            cout << "请正确输入选择：范围在 0 ~ 11 之内。" << endl; 
        }
        
        system("Pause"); 
    }
    
    cout << "bye~bye~" << endl;
    
    return 0;
}

• 其它修改

Help、About函数的修改内容不影响本程序运行逻辑，请自行实现——如果一定要让我给个提示——那么请别忘了，现在是“成绩管理系统”3.0版本，如果一定要给这个3.0版本加一个时限，那么我希望是越短越好。

让我们快一点，再快一点开始学习“图形用户界面”编程吧！这样 ，我们就可以推出4.0版的“成绩管理系统”了！

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