C++ 二进制文件

C++二进制文件

二进制文件是计算机中以二进制格式存储数据的文件类型，与文本文件不同，二进制文件直接存储内存中的原始数据，无需字符编码转换。在C++中，可以使用文件流（fstream、ifstream、ofstream）以二进制模式读写此类文件。

二进制文件 vs 文本文件

特性	二进制文件	文本文件
数据格式	原始字节	可读字符
文件大小	通常更小	可能更大（因编码）
编辑方式	需专用工具	可用文本编辑器
用途	图像、音频、序列化数据	配置文件、日志

打开二进制文件

在C++中，需通过std::ios::binary标志指定二进制模式：

#include <fstream>
#include <iostream>

int main() {
    // 写入二进制文件
    std::ofstream outFile("data.bin", std::ios::binary);
    if (!outFile) {
        std::cerr << "无法打开文件写入！";
        return 1;
    }

    // 读取二进制文件
    std::ifstream inFile("data.bin", std::ios::binary);
    if (!inFile) {
        std::cerr << "无法打开文件读取！";
        return 1;
    }

    return 0;
}

读写基本数据类型

使用write()和read()方法处理原始数据：

int value = 42;
double pi = 3.14159;

// 写入
outFile.write(reinterpret_cast<char*>(&value), sizeof(value));
outFile.write(reinterpret_cast<char*>(&pi), sizeof(pi));

// 读取
int readValue;
double readPi;
inFile.read(reinterpret_cast<char*>(&readValue), sizeof(readValue));
inFile.read(reinterpret_cast<char*>(&readPi), sizeof(readPi));

std::cout << "读取的值: " << readValue << ", " << readPi << std::endl;

结构体序列化

二进制文件常用于存储结构化数据：

struct Person {
    char name[50];
    int age;
    float height;
};

Person p = {"Alice", 30, 1.65f};

// 写入结构体
outFile.write(reinterpret_cast<char*>(&p), sizeof(Person));

// 读取结构体
Person p2;
inFile.read(reinterpret_cast<char*>(&p2), sizeof(Person));

文件定位

二进制文件支持随机访问：

// 移动到第10个字节处
inFile.seekg(10, std::ios::beg);

// 获取当前位置
std::streampos pos = inFile.tellg();

// 跳过5个字节
inFile.seekg(5, std::ios::cur);

实际应用案例

场景：游戏存档系统 1. 存储玩家状态（位置、血量、物品） 2. 快速加载/保存结构化数据 3. 避免文本解析开销

错误处理与验证

重要检查步骤： 1. 验证文件是否成功打开 2. 检查读写操作是否成功 3. 确认读取的数据量符合预期

if (!inFile.read(/*...*/)) {
    std::cerr << "读取失败或文件已损坏！";
}

性能考虑

graph LR A[单次大块读写] --> B[高效] C[多次小块读写] --> D[低效]

优化建议：

• 使用缓冲区（如std::vector<char>）
• 批量读写而非逐字节操作
• 考虑内存映射文件（平台相关）

高级技巧

1. 内存对齐处理：使用alignas确保结构体对齐 2. 版本控制：在文件头部写入版本标识 3. 校验和：添加CRC或哈希值验证数据完整性

数学表示

文件偏移量计算： $offset=base+(record\mathrm{\_}size\times index)$

其中：

• $base$ = 文件起始位置
• $record\mathrm{\_}size$ = 单条记录大小
• $index$ = 目标记录索引

总结

二进制文件操作是C++中高效数据存储的关键技术，适用于：

• 需要保持精确数据表示的场景
• 大型数据集的快速存取
• 跨平台数据交换（需注意字节序）

掌握二进制文件操作将显著提升你在系统编程、游戏开发等领域的实践能力。