C++ 輸入輸出與文件操作完全指南：流、緩衝區、格式控制與異常處理

C++ 輸入輸出與文件操作完全指南

一、流與緩衝區核心概念

• 流：數據在內存與設備（文件、控制台、網絡）間流動的抽象。
• 緩衝區：內存中一塊區域，作為數據中轉站。讀取：設備→緩衝區→內存；寫入：內存→緩衝區→設備。
  緩衝區大幅減少昂貴的設備 I/O 次數，提高效率。

二、流類庫架構

streambuf（底層緩衝區操作）與 ios（用戶接口）為兩大基類。常用派生類：

• istream（輸入）、ostream（輸出）、iostream（雙向）
• ifstream、ofstream、fstream（文件流）
• istringstream、ostringstream（字符串流）

三、文件打開模式詳解

組合方式：ios::in | ios::out | ios::binary。

四、文本與二進制讀寫

文本：>>/<<（格式化）、get()/put()（單字符）、getline()（整行）。
二進制：read((char*)&obj, sizeof(obj))、write((char*)&obj, sizeof(obj))，適用結構體/類對象直接存取。

五、格式控制

頭文件 <iomanip>：
setw(w) 寬度、setfill(c) 填充字符、setprecision(p) 精度、
left/right 對齊、fixed/scientific 浮點格式、hex/oct/dec 進制。
狀態標志操作：setiosflags()、resetiosflags()。

六、文件異常處理與隨機訪問

• 判斷打開失敗：if (!fs)、if (fs.fail())、if (!fs.good())、if (!fs.is_open())（推薦）。
• 隨機訪問：seekg(pos)/seekp(pos) 移動讀/寫指針，tellg()/tellp() 獲取當前位置。
• 關閉：fs.close()，析構函數會自動調用。

七、完整示例：文本複製與二進制結構體存取

// 文本複製
ifstream in("src.txt"); ofstream out("dst.txt");
char c; while (in.get(c)) out.put(c);

// 二進制結構體數組存取
struct Student { int id; char name[20]; float score; };
Student stu[3] = {{1,"Alice",92.5},{2,"Bob",87.0},{3,"Carol",95.5}};
ofstream bin("stu.dat", ios::binary);
bin.write((char*)stu, sizeof(stu));
bin.close();
ifstream binIn("stu.dat", ios::binary);
Student tmp; while (binIn.read((char*)&tmp, sizeof(tmp))) { /* process */ }

掌握流機制、緩衝區原理、格式控制與異常處理，是編寫健壯、高效 C++ I/O 代碼的基石。

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