C++ 二進位檔案讀寫完全指南：高效資料持久化

二進位檔案本質

二進位檔案將記憶體資料原樣位元對位元寫入磁碟，無 ASCII 轉換開銷，故稱記憶體映像檔或位元組檔。優勢明顯：

• 儲存緊湊（長整數 4 位元組 vs ASCII 6 位元組）
• 讀寫極快（無格式轉換）
• 支援隨機存取（配合檔案指標）

打開需指定 ios::binary 模式，且可同時為輸入/輸出檔（fstream 類別）。

核心函式：read / write

// 寫入：從記憶體位址 p1 寫入 50 位元組到檔案
outfile.write(p1, 50);

// 讀取：從檔案讀 30 位元組到記憶體位址 p2
infile.read(p2, 30);

參數為 char* 指標與位元組數，需以 (char*) 強制轉型結構體位址。

範例 1：結構體陣列整塊寫入

struct Student { char name[20]; int num, age; char sex; };
Student stud[3] = {{"Li",1001,18,'f'}, {"Fun",1002,19,'m'}, {"Wang",1004,17,'f'}};

ofstream outfile("stud.dat", ios::binary);
for (int i=0; i<3; ++i)
    outfile.write((char*)&stud[i], sizeof(stud[i]));
// 或一次寫入全部：
// outfile.write((char*)&stud[0], sizeof(stud));
outfile.close();

範例 2：精確讀回並顯示

ifstream infile("stud.dat", ios::binary);
Student stud[3];
for (int i=0; i<3; ++i)
    infile.read((char*)&stud[i], sizeof(stud[i]));
// 顯示邏輯...
infile.close();

關鍵：讀取格式必須與寫入格式完全匹配（同結構體配置），否則資料錯位。

檔案指標控制：隨機存取的核心

記憶口訣：g=get(輸入)、p=put(輸出)。

範例 3：隨機存取實戰——修改第 3 筆學生資料

fstream iofile("stud.dat", ios::in|ios::out|ios::binary);
// 1. 寫入 5 筆初始資料
for (int i=0; i<5; ++i) iofile.write((char*)&stud[i], sizeof(stud[i]));

// 2. 讀取第 1,3,5 筆（索引 0,2,4）
for (int i=0; i<5; i+=2) {
    iofile.seekg(i * sizeof(Student), ios::beg);
    iofile.read((char*)&stud1[i/2], sizeof(Student));
    cout << stud1[i/2].num << ' ' << stud1[i/2].name << ' ' << stud1[i/2].score << endl;
}

// 3. 修改第 3 筆（索引 2）並寫回原位
stud[2] = {1012, "Wu", 60};
iofile.seekp(2 * sizeof(Student), ios::beg);
iofile.write((char*)&stud[2], sizeof(Student));

// 4. 重頭讀取驗證
iofile.seekg(0, ios::beg);
for (int i=0; i<5; ++i) {
    iofile.read((char*)&stud[i], sizeof(Student));
    cout << stud[i].num << ' ' << stud[i].name << ' ' << stud[i].score << endl;
}
iofile.close();

關鍵提醒

• 隨機存取必須用 fstream，ifstream/ofstream 不支援雙向操作
• 結構體大小需固定（避免 string 等動態型別），否則跨平台/版本會錯位
• 指標運算以 sizeof(元素) 為單位，確保精準定位

總結

二進位檔案配合 read/write 與指標控制，實現高效、隨機存取的資料持久化，是資料庫引擎、遊戲存檔、高效能日誌系統的基石技術。