C++二进制文件操作实战_fstream写入与读取详解

根本原因是未加std::ios::binary标志，导致文本模式下换行符被自动转换；写入读取均需显式指定binary与in/out标志，并用write/read配合gcount()校验字节数。

为什么用 std::ofstream 写二进制文件却读不出原始数据？

根本原因是没加 std::ios::binary 标志。默认情况下，std::ofstream 以文本模式打开，Windows 下会把 \n 自动转成 \r\n，Linux/macOS 虽不转换，但部分底层库仍可能触发换行符处理逻辑。写入结构体或原始字节时，这种转换直接破坏二进制一致性。

实操要点：

• 写入必须用 std::ofstream file("data.bin", std::ios::binary | std::ios::out)
• 读取必须用 std::ifstream file("data.bin", std::ios::binary | std::ios::in)
• 不能只写 std::ios::binary —— 缺少 std::ios::out 或 std::ios::in 会导致构造失败（file.is_open() 返回 false）
• 使用 write() / read() 前务必确认流处于有效状态，否则操作静默失败

write() 和 read() 的参数陷阱：指针和长度怎么配？

write() 和 read() 都接受两个参数：const char*（或 char*）起始地址 + std::streamsize 字节数。常见错误是传错类型或算错长度。

典型误用：

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• 对 int x = 42; 写成 file.write(&x, sizeof(x)) ✅ 正确
• 错写成 file.write(&x, x) ❌ 把值当长度，极大概率越界
• 对 std::string s = "hello" 直接 file.write(s.c_str(), s.size()) ✅ 可行，但不保存长度信息，读取时无法知道该读多少
• 想存字符串又想可还原，应先写长度再写内容：

  size_t len = s.size();
  file.write(reinterpret_cast(&len), sizeof(len));
  file.write(s.c_str(), len);

结构体直接 write() 安全吗？要考虑内存对齐和平台差异

可以，但有严格前提：结构体必须是 trivially copyable 类型，且不含指针、虚函数、非 POD 成员。即便如此，跨平台读写仍有风险。

关键限制：

• 不同编译器/平台的默认对齐方式不同（如 #pragma pack(1) 可强制紧凑，但需两端一致）
• 整数大小不统一：int 在某些嵌入式平台是 16 位，x86_64 通常是 32 位；建议用 int32_t 等固定宽度类型
• 字节序（endianness）：x86 是小端，ARM 可能是大端。若文件需跨架构读取，必须手动转换字节序，例如写前用 htole32()，读后用 le32toh()
• 示例安全写法：

  struct Header {
      uint32_t magic;   // 0x464C457F
      uint32_t version;
      uint64_t timestamp;
  } hdr = {0x464C457F, 1, 1717023456ULL};
  
  // 确保无 padding（用静态断言验证）
  static_assert(sizeof(Header) == 16, "Header has unexpected padding");
  file.write(reinterpret_cast(&hdr), sizeof(hdr));

读取时如何判断是否到文件末尾？别依赖 eof() 标志

eof() 只在尝试读取失败后才置位，不是“即将读完”的预告。典型错误是循环里先 if (!file.eof()) 再 read()，导致最后一次读取失败后仍进入循环体，用脏数据处理。

正确做法：

• 用 read() 的返回值判断实际读取字节数：

  char buf[1024];
  file.read(buf, sizeof(buf));
  std::streamsize n = file.gcount(); // 实际读到的字节数
  if (n > 0) {
      // 处理 buf 前 n 字节
  }
  if (n == 0 && file.eof()) break; // 真正结束

• 对固定大小结构体，检查 gcount() == sizeof(MyStruct)，否则说明文件损坏或截断
• 不要用 while (file) 或 while (!file.eof()) 控制二进制读循环