Day 20　文件与基本读写

建议用时：20～25 分钟
今日目标：理解标准输入输出与文件输入输出的区别，掌握 ifstream、ofstream、打开模式、正确读取循环和 freopen 的基本作用。
大纲定位：入门级文件与基本读写；不展开二进制文件结构、随机访问和系统级文件接口。

一、程序关闭后，内存里的数据通常不会自动保存

程序运行时，变量主要存放在内存中；程序结束后，这些临时数据通常不再保留。文件位于外部存储中，可以让数据在程序结束后继续存在。

平时最熟悉的是标准输入输出：

cin >> x;    // 从标准输入读取，在线评测中通常由测试数据提供
cout << x;   // 写到标准输出，评测系统据此检查答案

文件输入输出则指定文件作为数据来源或去向：

ifstream fin("input.txt");
ofstream fout("output.txt");
fin >> x;
fout << x;

现在多数 OJ 题目要求使用标准输入、标准输出。只有题目明确指定文件名时才按要求读写文件；本地调试时也可以使用文件。不能把“信息学比赛一定必须文件读写”当作普遍规则。

二、三个文件流工具

使用 C++ 文件流需要包含头文件：

#include <fstream>

• ifstream：输入文件流，主要用于读文件；
• ofstream：输出文件流，主要用于写文件；
• fstream：可按打开方式进行读写。

它们的操作习惯与 cin、cout 很像：

ifstream fin("data.txt");
ofstream fout("answer.txt");

int a, b;
fin >> a >> b;
fout << a + b << '\n';

若文件对象是局部变量，离开作用域时会自动关闭；显式调用 close() 仍能清楚表达“此处已经用完文件”，尤其在随后还要重新打开文件时很有用。

三、打开文件后先确认是否成功

文件名写错、路径不存在或权限不足，都可能导致打开失败。可靠的程序应检查文件流状态：

ifstream fin("data.txt");
if (!fin) {
    cout << "open failed\n";
    return 0;
}

相对路径通常以程序运行时的当前工作目录为基准，不一定就是源代码所在目录。初赛如果给出“文件打不开”的情境，除了语法，还要考虑路径和权限。

四、>> 与 getline 读取方式不同

fin >> x 会跳过前导空白，适合读取用空格或换行分隔的数字、单词：

int x;
fin >> x;

getline(fin, s) 读取一整行，可以保留行内空格，但不把行末换行符放进字符串：

string s;
getline(fin, s);

若先用 fin >> x，再紧接着 getline(fin, s)，输入缓冲区里可能还留着上一行末尾的换行符，使第一次 getline 读到空行。可根据数据格式先用 fin.ignore(...) 处理残留换行。做题时要先判断程序采用哪种读取方式。

五、正确的“读到文件结束”写法

推荐把“读取成功”直接作为循环条件：

int x;
while (fin >> x) {
    // 只有成功读到一个整数，才处理 x
}

不推荐这样写：

while (!fin.eof()) {
    fin >> x;
    // 这里可能在读取失败后仍错误地使用旧的 x
}

eof() 往往要在一次读取尝试失败后才会被置为真。把读取操作放进条件中，既能处理文件结束，也能处理格式不匹配等读取失败情况。

六、常见打开模式

打开模式可以用 | 组合：

• ios::in：读取；
• ios::out：写入；
• ios::app：追加，写入总发生在文件末尾；
• ios::trunc：打开时截断原内容；
• ios::binary：按二进制方式打开。

ofstream log("log.txt", ios::app);  // 在文件末尾追加
log << "new record\n";

普通的 ofstream fout("answer.txt"); 通常会以输出方式打开，并清除原有内容后从头写入。若想保留旧内容并继续追加，要明确使用 ios::app。

初赛基础题主要考模式含义。文本模式下的 <<、>> 处理的是字符形式的数据；二进制模式不等于“自动把对象正确序列化”，复杂对象的二进制存储还有更多规则，本日不展开。

七、freopen 是把标准流改到文件

freopen 常用于本地调试或题目明确要求文件输入输出的场景：

#include <cstdio>

int main() {
    freopen("input.txt", "r", stdin);
    freopen("output.txt", "w", stdout);

    int a, b;
    cin >> a >> b;
    cout << a + b << '\n';
}

• "r" 表示读取；
• "w" 表示写入并从头开始，原文件内容可能被清空；
• stdin 是标准输入，stdout 是标准输出。

重定向应在读写操作之前完成。提交到普通 OJ 前，要按照题目要求决定是否保留；若题目要求标准输入输出，却把程序固定重定向到本地不存在的文件，评测时就可能读不到数据。

八、文件程序阅读的检查顺序

1. 看流对象类型：ifstream 读，ofstream 写，fstream 再看模式；
2. 看文件名与打开模式，是否覆盖或追加；
3. 看程序有没有检查打开成功；
4. 区分 >> 和 getline，注意残留换行；
5. 判断循环是否以“读取成功”为条件；
6. 最后确认结果写到了屏幕还是某个文件。

今日选择题

近五年 CSP-J 第一轮单选中没有找到可核实的文件读写直接原题，因此今天 8 题均按初赛常见设问方式编写，不标注为真题。

1. 使用 ifstream 和 ofstream 前，通常需要包含的头文件是（　）。

   A. <vector>　 B. <fstream>　 C. <cmath>　 D. <queue>

2. 下列主要用于从文件读取数据的对象定义是（　）。

   A. ofstream fin("data.txt");
   B. ifstream fin("data.txt");
   C. ostream fin("data.txt");
   D. iostream fin("data.txt");

3. 希望保留 log.txt 原有内容，并把新内容追加到文件末尾，合适的写法是（　）。

   A. ofstream out("log.txt", ios::app);
   B. ifstream out("log.txt", ios::out);
   C. ofstream out("log.txt", ios::in);
   D. ofstream out("log.txt", ios::trunc);

4. 要从文件中读取数量未知的一批整数，下列循环最稳妥的是（　）。

   A. while (!fin.eof()) { fin >> x; use(x); }
   B. while (fin >> x) { use(x); }
   C. while (true) { use(x); }
   D. for (;;) { fin.eof(); use(x); }

5. 关于 getline(fin, s)，下列说法正确的是（　）。

   A. 只能读取一个不含空格的单词
   B. 读取一整行，行内空格可以进入字符串，行末换行符不进入字符串
   C. 只能读取整数
   D. 每次都会把整个文件一次读完

主题程序阅读

假设 data.txt 的内容为：

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阅读下面的程序：

#include <fstream>
using namespace std;

int main() {
    ifstream fin("data.txt");
    ofstream fout("result.txt");
    int x, sum = 0, cnt = 0;
    while (fin >> x) {
        sum += x;
        cnt++;
    }
    fout << cnt << ' ' << sum << '\n';
    return 0;
}

6. while 循环的循环体一共执行（　）次。

   A. 2　 B. 3　 C. 4　 D. 5

7. 程序结束后，result.txt 的内容是（　）。

   A. 4 20　 B. 4 10　 C. 3 20　 D. 20 4

8. 该程序的结果写入 result.txt，不会由 cout 直接显示在标准输出中。（判断对错）

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#include <fstream>
using namespace std;

int main() {
    ifstream fin("data.txt");
    ofstream fout("result.txt");
    int x, sum = 0, cnt = 0;
    while (fin >> x) {
        sum += x;
        cnt++;
    }
    fout << cnt << ' ' << sum << '\n';
    return 0;
}