C++通过fstream类以ios::binary模式进行二进制文件读写，使用read()和write()函数直接操作内存数据，避免文本转换开销；需正确打开关闭文件，使用reinterpret_cast处理指针类型转换，并可通过批量读写、缓冲区优化及减少文件操作频次提升性能。
C++读写二进制文件，核心在于使用流对象直接操作内存数据，避免文本格式转换带来的开销和限制。简单来说，就是把内存中的数据原封不动地写入文件，或者从文件中原封不动地读取到内存。
直接使用
fstream
类，并指定
ios::binary
模式。
读写二进制文件，主要涉及到
（输入文件流）和
（输出文件流）两个类，它们都继承自
fstream
。核心操作是使用
read()
和
write()
函数，这两个函数直接操作内存块，效率很高。
如何正确打开和关闭二进制文件？
正确打开二进制文件至关重要，否则可能导致数据损坏或程序崩溃。使用
fstream
类时，必须指定
ios::binary
标志，告诉编译器以二进制模式处理文件。
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#include <iostream> #include <fstream> int main() { // 写入二进制文件 std::ofstream outfile("data.bin", std::ios::binary); if (!outfile.is_open()) { std::cerr << "无法打开文件进行写入！" << std::endl; return 1; } int data[] = {1, 2, 3, 4, 5}; outfile.write(reinterpret_cast<char*>(data), sizeof(data)); outfile.close(); // 读取二进制文件 std::ifstream infile("data.bin", std::ios::binary); if (!infile.is_open()) { std::cerr << "无法打开文件进行读取！" << std::endl; return 1; } int readData[5]; infile.read(reinterpret_cast<char*>(readData), sizeof(readData)); infile.close(); // 验证读取的数据 for (int i = 0; i < 5; ++i) { std::cout << readData[i] << " "; } std::cout << std::endl; return 0; }
注意
reinterpret_cast
的使用，这是因为
read()
和
write()
函数接受的是
char*
类型的指针，所以需要将其他类型的指针强制转换为
char*
。打开文件后，务必记得关闭文件，释放资源。
如何处理不同数据类型的二进制数据？
C++二进制文件I/O的一个常见挑战是处理多种数据类型。例如，一个文件中可能包含整数、浮点数和字符串。处理这种情况，需要仔细规划数据的存储结构，并在读写时保持一致。
一种方法是定义一个结构体，将不同类型的数据组合在一起。
#include <iostream> #include <fstream> #include <String> struct Data { int id; Float value; char name[50]; }; int main() { // 写入结构体到二进制文件 std::ofstream outfile("mixed_data.bin", std::ios::binary); if (!outfile.is_open()) { std::cerr << "无法打开文件进行写入！" << std::endl; return 1; } Data myData; myData.id = 123; myData.value = 3.14f; strcpy(myData.name, "Example Data"); // 注意strcpy的安全问题 outfile.write(reinterpret_cast<char*>(&myData), sizeof(myData)); outfile.close(); // 从二进制文件读取结构体 std::ifstream infile("mixed_data.bin", std::ios::binary); if (!infile.is_open()) { std::cerr << "无法打开文件进行读取！" << std::endl; return 1; } Data readData; infile.read(reinterpret_cast<char*>(&readData), sizeof(readData)); infile.close(); // 输出读取的数据 std::cout << "ID: " << readData.id << std::endl; std::cout << "Value: " << readData.value << std::endl; std::cout << "Name: " << readData.name << std::endl; return 0; }
这个例子展示了如何将一个包含
int
、
float
和
char
数组的结构体写入和读取到二进制文件。需要注意的是，使用
strcpy
复制字符串时要小心缓冲区溢出的问题，更安全的选择是使用
strncpy
或
std::string
。
如何优化C++二进制文件I/O的性能？
二进制文件I/O的性能优化，可以从多个角度入手。批量读写、使用缓冲区、避免频繁的文件打开和关闭都是常见的优化手段。
批量读写可以减少系统调用的次数，从而提高效率。例如，一次性读取或写入一个大的数据块，而不是多次读取或写入小的数据块。
#include <iostream> #include <fstream> #include <vector> int main() { // 写入大量数据到二进制文件 std::ofstream outfile("large_data.bin", std::ios::binary); if (!outfile.is_open()) { std::cerr << "无法打开文件进行写入！" << std::endl; return 1; } std::vector<int> data(1000000, 42); // 创建一个包含100万个整数的向量 outfile.write(reinterpret_cast<char*>(data.data()), data.size() * sizeof(int)); outfile.close(); // 从二进制文件读取大量数据 std::ifstream infile("large_data.bin", std::ios::binary); if (!infile.is_open()) { std::cerr << "无法打开文件进行读取！" << std::endl; return 1; } std::vector<int> readData(1000000); infile.read(reinterpret_cast<char*>(readData.data()), readData.size() * sizeof(int)); infile.close(); // 验证读取的数据（仅验证前几个元素） for (int i = 0; i < 10; ++i) { std::cout << readData[i] << " "; } std::cout << std::endl; return 0; }
这个例子展示了如何使用
std::vector
存储大量数据，并一次性写入和读取。
data.data()
返回向量的底层数组的指针。
另外，使用缓冲区也可以提高性能。
fstream
类默认使用缓冲区，但可以通过
rdbuf()
函数自定义缓冲区的大小。避免频繁的文件打开和关闭，也是一个重要的优化手段。如果需要多次读写同一个文件，最好只打开一次，并在操作完成后关闭。
二进制文件I/O看似简单，但深入理解其原理和技巧，可以帮助我们编写出更高效、更可靠的程序。
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