文件IO：二进制与文本处理

核心要点速览

• 区别：文本处理基于字符编码（有格式转换），二进制处理基于原始字节流（无转换）。
• 差异：文本可人类直接阅读，二进制不可；文本有换行符 / 编码转换，二进制无；文本适合日志 / 配置，二进制适合图片 / 结构体。
• 操作：文本用>>/<</getline()，二进制用read()/write()+ios::binary。

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一、区别

维度	文本处理（Text Mode）	二进制处理（Binary Mode）
存储形式	字符编码（如 ASCII、UTF-8），每个字符对应编码值。	数据原始二进制（如 int 的 4 字节、结构体的连续字节）。
格式转换	自动处理换行符（Windows：\n→\r\n；Linux：不转换），部分编码可能转换（如宽字符）。	无任何转换，字节数据原样读写（\n就是 0x0A，\r就是 0x0D）。
可读性	人类可直接阅读（如记事本打开txt文件）。	人类不可读（打开为乱码，需程序解析）。
效率	读写需编码 / 解码，效率较低。	直接操作字节流，效率高（无额外处理）。
适用场景	日志文件、配置文件（.ini）、文本数据（如csv）。	图像 / 音频（.jpg/.mp3）、结构体、加密数据、大文件。

二、文本处理：基于字符的读写

文本处理的核心是 “按字符或行操作”，依赖流的格式化输入输出，自动处理字符编码和换行符。

1. 操作函数

• 写入：<<（插入运算符，输出数据）、put()（单个字符）、endl（换行 + 刷新）。
• 读取：>>（提取运算符，按空白分割）、getline()（读取一行，含空格）、get()（单个字符，含空格 / 换行）。

2. 典型示例与易错

示例：读写文本日志

// 写入
ofstream log("log.txt", ios::app); // 追加模式
log << "[" << __TIME__ << "] 操作成功" << endl; // 自动换行+刷新

// 读取
ifstream ifs("log.txt");
string line;
while (getline(ifs, line)) { // 逐行读，保留空格
    cout << line << endl;
}

易错：

• >>与getline()混用：>>读取后会残留换行符在缓冲区，导致getline()直接读空行。解决：用ignore()清除：

int num;
ifs >> num; 
ifs.ignore(numeric_limits<streamsize>::max(), '\n'); // 清除到换行符
getline(ifs, line); // 正常读取

• 换行符跨平台问题：Windows 文本在 Linux 下用cat查看可能显示^M（未转换的\r），需用文本模式读写避免。

三、二进制处理：基于字节的读写

二进制处理的核心是 “按原始字节操作”，需显式指定ios::binary模式，直接读写内存中的二进制数据。

1. 操作函数

• 写入：write(const char* buf, streamsize n)：将内存中n字节数据写入文件（需强转为char*）。
• 读取：read(char* buf, streamsize n)：从文件读取n字节到内存缓冲区。

2. 典型示例与注意事项

示例：读写结构体（二进制）

#pragma pack(1) // 关闭字节对齐（跨平台必备）
struct User {
    int id;
    char name[20]; // 用固定数组，避免string动态内存
    double score;
};
#pragma pack()

// 写入
ofstream ofs("users.bin", ios::out | ios::binary);
User u = {101, "Alice", 95.5};
ofs.write(reinterpret_cast<const char*>(&u), sizeof(u)); // 写入整个结构体字节

// 读取
ifstream ifs("users.bin", ios::in | ios::binary);
User u2;
ifs.read(reinterpret_cast<char*>(&u2), sizeof(u2));
if (ifs.good()) { // 检查读取成功
    cout << u2.id << " " << u2.name << " " << u2.score << endl;
}

注意事项：

• 字节对齐：结构体默认按编译器规则对齐（如int占 4 字节，double占 8 字节），不同平台对齐方式不同，会导致读写错位。必须用#pragma pack(n)强制对齐（n=1为紧凑模式）。
• 避免string：string内部含指针（指向堆内存），二进制写入会存储指针地址而非字符串内容，读取后指针无效（野指针），必须用char数组。
• 字节序：跨平台（如 x86 是小端，ARM 可能大端）时，整数 / 浮点数的字节顺序可能不同，需统一字节序（如用htonl/ntohl转换为网络字节序）。

四、问答

1. 二进制读写结构体时，为什么string会出问题？

string是动态容器，存储的是指向堆中字符的指针，而非字符本身。二进制写入时会存储指针地址，读取后指针指向无效内存（野指针），导致数据错乱。

2. 为什么二进制处理效率比文本高？

文本处理需将数据与字符编码互转（如int 123→字符串 “123”），还需处理换行符；二进制直接读写内存原始字节，无额外转换，效率更高。