文件流（fstream）
<fstream> 把文件抽象成流，让文件读写和 cin / cout 用同一套 << / >> 接口。这样从控制台改成从文件读，往往只需要换掉流对象的类型。
三个核心类分工明确：
| 类 | 方向 | 说明 |
|---|---|---|
std::ifstream | 输入 | 从文件读取 |
std::ofstream | 输出 | 写入文件 |
std::fstream | 双向 | 既可读也可写 |
它们都继承自 iostream 体系，因此 getline、seekg、tellp 这些通用接口都能用。
一、打开文件
1. 构造时打开
#include <fstream>
std::ifstream in("input.txt"); // 默认以文本模式读取
std::ofstream out("output.txt"); // 默认截断文件（内容清空）
std::fstream io("data.bin", std::ios::in | std::ios::out | std::ios::binary);
2. 打开模式
模式通过位或组合：
| 模式 | 含义 |
|---|---|
std::ios::in | 读取 |
std::ios::out | 写入 |
std::ios::app | 追加，每次写都在末尾 |
std::ios::ate | 打开后定位到末尾 |
std::ios::trunc | 截断文件（默认用于 out） |
std::ios::binary | 二进制模式 |
几个容易混淆的点：
out默认隐含trunc，会清空文件。想保留原内容要加app或ate。app和ate不同：app强制每次写入都在末尾，ate只是打开时定位到末尾，之后可以seekp到别处。in | out打开的文件必须已存在，不会自动创建。
// 追加写入
std::ofstream log("app.log", std::ios::app);
// 读写已有文件，不清空
std::fstream db("data.db", std::ios::in | std::ios::out | std::ios::binary);
3. 检查是否成功
打开失败不会抛异常，必须显式检查：
std::ifstream in("maybe_missing.txt");
if (!in)
{
std::cerr << "打开失败\n";
return;
}
// 或者用 is_open()
if (!in.is_open()) { /* ... */ }
这是最常见的坑——忘记检查，后面所有读取都静默失败，得到一堆空数据。
二、读取文件
1. 逐词读取
>> 按空白字符（空格、制表符、换行）分割：
std::ifstream in("numbers.txt");
int n;
while (in >> n)
{
std::cout << n << '\n';
}
in >> n 返回流对象，在布尔上下文中表示「读取是否成功」。读到文件末尾或格式不匹配时返回 false，循环自然结束。
2. 逐行读取
std::getline 读取整行（不含换行符）：
std::ifstream in("data.txt");
std::string line;
while (std::getline(in, line))
{
std::cout << line << '\n';
}
不要用 while (!in.eof())，这是经典错误：
// 错误：最后一行会被处理两次
while (!in.eof())
{
std::getline(in, line);
process(line); // 读到 EOF 后 line 还是上一行的内容
}
// 正确
while (std::getline(in, line))
process(line);
原因是 eof() 只有在尝试读取并失败后才为真。用 !eof() 判断时，最后一次读取已经失败了，但循环体还是会执行一遍。
3. 混合使用 >> 和 getline
>> 会留下换行符在缓冲区里，紧接着的 getline 会读到空行：
int id;
std::string name;
in >> id; // 读完数字，换行符还在缓冲区
std::getline(in, name); // 读到空字符串！
// 正确：先吃掉换行符
in >> id;
in.ignore(std::numeric_limits<std::streamsize>::max(), '\n');
std::getline(in, name);
4. 读取整个文件
// 方法一：用迭代器
std::ifstream in("data.txt");
std::string content((std::istreambuf_iterator<char>(in)),
std::istreambuf_iterator<char>());
// 方法二：先求大小再读（适合二进制）
in.seekg(0, std::ios::end);
std::size_t size = in.tellg();
in.seekg(0, std::ios::beg);
std::string buffer(size, '\0');
in.read(buffer.data(), size);
方法二更快（一次读取），但要求文件大小可求——管道、标准输入这类流不支持。
三、写入文件
std::ofstream out("output.txt");
out << "Hello\n";
out << 42 << ' ' << 3.14 << '\n';
// 检查写入是否成功
if (!out)
std::cerr << "写入失败\n";
1. 缓冲区与刷新
写入先进入缓冲区，以下情况才真正落盘：
- 缓冲区满
- 显式调用
flush() - 流对象析构
- 程序正常结束
out << "important data";
out.flush(); // 立即写入
out << std::endl; // 换行并刷新（等价于 '\n' << flush）
程序崩溃时缓冲区内容会丢失。关键数据要主动 flush。
2. 检查写入错误
写入错误（磁盘满、权限问题）不会立即抛出，需要检查：
out << data;
if (!out)
{
std::cerr << "写入失败\n";
// 处理错误
}
四、二进制读写
文本模式会做换行符转换（Windows 上 \n ↔ \r\n），二进制模式不做任何转换。
// 写入
struct Record { int id; double value; };
Record r{1, 3.14};
std::ofstream out("data.bin", std::ios::binary);
out.write(reinterpret_cast<const char*>(&r), sizeof(r));
// 读取
Record r2;
std::ifstream in("data.bin", std::ios::binary);
in.read(reinterpret_cast<char*>(&r2), sizeof(r2));
注意：直接读写结构体内存在跨平台问题——字节序、对齐、sizeof 都可能不同。可移植的格式需要逐字段序列化。
五、定位
文件流支持随机访问：
std::fstream file("data.bin", std::ios::in | std::ios::out | std::ios::binary);
// 定位到第 100 字节
file.seekg(100, std::ios::beg); // 读指针
file.seekp(100, std::ios::beg); // 写指针
// 获取当前位置
auto pos = file.tellg();
// 定位到末尾
file.seekg(0, std::ios::end);
auto size = file.tellg();
三个参考位置：std::ios::beg（开头）、std::ios::cur（当前位置）、std::ios::end（末尾）。
g 后缀是 get（读），p 后缀是 put（写）。fstream 有两个独立的指针。
六、关闭与作用域
close() 可以手动关闭，但通常不需要——析构函数会自动关闭：
{
std::ofstream out("file.txt");
out << "data";
} // 离开作用域，自动关闭并刷新
关闭后流的错误状态会保留。如果之前写入失败，析构时不会抛异常，错误被静默吞掉。所以关键写入要显式检查：
out << data;
if (!out) { /* 处理错误 */ }
out.close(); // 此时可以检查 close 是否成功
七、异常处理
默认情况下文件流不抛异常，通过状态位报告错误。可以开启异常：
std::ifstream in;
in.exceptions(std::ios::failbit | std::ios::badbit); // 打开这些状态时抛异常
try
{
in.open("missing.txt");
}
catch (const std::ios_base::failure& e)
{
std::cerr << "打开失败: " << e.what() << '\n';
}
但要注意：开启 failbit 后，读到文件末尾也会抛异常，因为 EOF 会设置 failbit。这通常不是想要的，所以很多项目选择不开异常。
八、注意事项
必须检查打开是否成功。这是文件操作最常见的错误来源。
不要用 while (!in.eof())。用 while (in >> x) 或 while (getline(in, line))。
ofstream 默认截断文件。想追加必须显式指定 std::ios::app。
>> 和 getline 混用要清缓冲区。用 ignore() 吃掉残留的换行符。
文本模式会转换换行符。跨平台处理二进制数据时记得加 std::ios::binary。
缓冲区内容可能丢失。程序崩溃时未刷新的数据会丢，关键数据主动 flush()。
不要直接读写结构体二进制。字节序和对齐差异会导致跨平台不兼容。
std::endl 有性能开销。它每次都刷新缓冲区，循环里输出大量数据时用 '\n' 更快。
文件句柄是有限资源。打开大量文件而不关闭会耗尽句柄，用 RAII 让析构自动处理。