C++ 随机访问文件

顺序访问文件

　　一个文件是由一个字节序列构成的。操作系统维护一个叫做文件指针（file pointer）的特殊标记，指向序列中的某个位置。读写操作都是在文件指针指向的位置进行。当文件打开时，文件指针被设置在文件开始位置。当读写数据时，文件指针会移动到下一个数据项。例如，如果使用get()函数读取一个字节，C++从文件指针指向的位置读出一个字节，文件指针会向前移动一个字节，如下图所示：

（注：前是向文件结尾的方向，而后是向文件开始的方向）

　　我们之前写过的程序都是顺读写数据的，即文件指针一直向前移动，这被称为顺序访问文件。如果一个文件以输入的方式打开，将从其文件开始位置向文件结尾读取数据。如果一个文件以输出方式打开，则从其开始位置（默认）或末尾位置（ios::app）开始一个接一个地写入数据项。

随机访问文件

　　顺序访问的问题在于，如果我们想要读取一个特定位置的字节，那么必须读取它前面所有的字节，这样做效率太低了。所以C++引入了随机访问文件的概念，也就是说可以任意地向前或向后移动文件指针，而使用的函数是seekp和seekg函数。

seekp，即seek put，用于输出流。

seekg，即seek get，用于输入流。

seekp和seekg都有两个版本，分别是有一个参数的和有两个参数的。

一个参数的：参数指出绝对位置，例如：

input.seekg(0);
output.seekp(0);

以上两句代码都将文件指针移动到了文件开始的位置。

两个参数的：第一个参数是长整数，指出偏移量，正数为向前，负数为向后；第二个参数被称为定位基址（seek base），指出偏移量是相对于哪个位置而偏移的。下表给出了三个支持的定位基址参数。

定位基址	描述
ios::beg	偏移量相对于文件开始位置
ios::end	偏移量相当于文件结尾位置
ios::cur	偏移量相当于文件指针当前位置

下表给出一些使用seekp和seekg函数的例子。

语句	描述
seekg(100, ios::beg);	将文件指针移动到从文件开始第100个字节处
seekg(-100, ios::end);	将文件指针移动到文件末尾向后100个字节处
seekp(42, ios::cur);	将文件指针从当前位置向前移动42个字节
seekp(-42, ios::cur);	将文件指针从当前位置向后移动42个字节
seekp(100);	将文件指针移动到文件第100个字节处

我们可以使用tellp和tellg函数返回文件指针的当前位置。

下面给出一个例子。这个例子先将4个Student对象写入到student.dat文件中。然后从student.dat文件中读取第三个同学的信息（一个Student对象占据的空间是12，int=4，char=1，但是char占4）：

#include <iostream>
#include <fstream>

using namespace std;
class Student {
public:
    Student(){}
    Student(char name, int age, int score){
        this->age = age;
        this->name = name;
        this->score = score;
    }
    int getAge() const{
        return this->age;
    }
    char getName() const{
        return this->name;
    }
    int getScore() const{
        return this->score;
    }
private:
    int age;
    char name;
    int score;
};

void displayStudent(const Student student){
    cout << "学生" << student.getName() << "的年龄是" << student.getAge() << "， 成绩是" << student.getScore() << endl;
}
int main()
{
    fstream binaryio;
    binaryio.open("student.dat", ios::out|ios::binary);

    Student student1('A', 10, 10);
    Student student2('B', 11, 20);
    Student student3('C', 10, 30);
    Student student4('D', 12, 100);

    binaryio.write(reinterpret_cast<char*>(&student1),sizeof(Student));
    binaryio.write(reinterpret_cast<char*>(&student2),sizeof(Student));
    binaryio.write(reinterpret_cast<char*>(&student3),sizeof(Student));
    binaryio.write(reinterpret_cast<char*>(&student4),sizeof(Student));

    binaryio.close();

    binaryio.open("student.dat", ios::in|ios::binary);

    Student studentNew;

    binaryio.seekg(2*sizeof(Student));

    cout << "当前文件指针的位置是" << binaryio.tellg() << endl;

    binaryio.read(reinterpret_cast<char*>(&studentNew),sizeof(Student));

    displayStudent(studentNew);

    cout << "当前文件指针的位置是" << binaryio.tellg() << endl;
    binaryio.close();

    return 0;
}

运行结果：

student.dat文件：