C++在Linux下如何進行高效的文件操作

在Linux下，C++可以通過多種方式進行高效的文件操作。以下是一些常用的方法和技巧：

1. 使用標準庫 <fstream>

C++標準庫提供了<fstream>頭文件，其中包含了文件流類，如ifstream、ofstream和fstream，用于文件的讀寫操作。

#include <fstream>
#include <iostream>

int main() {
    // 寫文件
    std::ofstream outFile("example.txt");
    if (outFile.is_open()) {
        outFile << "Hello, World!" << std::endl;
        outFile.close();
    } else {
        std::cerr << "Unable to open file for writing." << std::endl;
    }

    // 讀文件
    std::ifstream inFile("example.txt");
    if (inFile.is_open()) {
        std::string line;
        while (std::getline(inFile, line)) {
            std::cout << line << std::endl;
        }
        inFile.close();
    } else {
        std::cerr << "Unable to open file for reading." << std::endl;
    }

    return 0;
}

2. 使用低級I/O函數

對于更高效的文件操作，可以使用POSIX標準的低級I/O函數，如open、read、write和close。

#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <iostream>

int main() {
    // 打開文件
    int fd = open("example.txt", O_RDWR | O_CREAT, 0666);
    if (fd == -1) {
        std::cerr << "Unable to open file." << std::endl;
        return 1;
    }

    // 寫文件
    const char* message = "Hello, World!\n";
    ssize_t bytesWritten = write(fd, message, strlen(message));
    if (bytesWritten == -1) {
        std::cerr << "Error writing to file." << std::endl;
    }

    // 關閉文件
    close(fd);

    // 重新打開文件以讀取
    fd = open("example.txt", O_RDONLY);
    if (fd == -1) {
        std::cerr << "Unable to open file for reading." << std::endl;
        return 1;
    }

    // 讀文件
    char buffer[1024];
    ssize_t bytesRead = read(fd, buffer, sizeof(buffer) - 1);
    if (bytesRead > 0) {
        buffer[bytesRead] = '\0'; // Null-terminate the string
        std::cout << buffer;
    }

    // 關閉文件
    close(fd);

    return 0;
}

3. 使用內存映射文件

內存映射文件是一種高效的文件讀寫方法，它允許將文件的一部分或全部映射到進程的地址空間中。

#include <sys/mman.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <iostream>

int main() {
    int fd = open("example.txt", O_RDONLY);
    if (fd == -1) {
        std::cerr << "Unable to open file." << std::endl;
        return 1;
    }

    struct stat sb;
    if (fstat(fd, &sb) == -1) {
        std::cerr << "Error getting file size." << std::endl;
        close(fd);
        return 1;
    }

    char* addr = static_cast<char*>(mmap(nullptr, sb.st_size, PROT_READ, MAP_PRIVATE, fd, 0));
    if (addr == MAP_FAILED) {
        std::cerr << "Error mapping file." << std::endl;
        close(fd);
        return 1;
    }

    std::cout << addr;

    if (munmap(addr, sb.st_size) == -1) {
        std::cerr << "Error unmapping file." << std::endl;
    }

    close(fd);

    return 0;
}

4. 使用異步I/O

Linux提供了異步I/O接口（如aio庫），可以在不阻塞主線程的情況下進行文件操作。

#include <aio.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <iostream>

int main() {
    int fd = open("example.txt", O_RDONLY);
    if (fd == -1) {
        std::cerr << "Unable to open file." << std::endl;
        return 1;
    }

    char buffer[1024];
    struct aiocb cb;
    memset(&cb, 0, sizeof(cb));
    cb.aio_fildes = fd;
    cb.aio_nbytes = sizeof(buffer);
    cb.aio_buf = buffer;
    cb.aio_offset = 0;

    if (aio_read(&cb) == -1) {
        std::cerr << "Error starting async read." << std::endl;
        close(fd);
        return 1;
    }

    // Do other work while the read is in progress

    while (aio_error(&cb) == EINPROGRESS) {
        // Wait for the read to complete
    }

    ssize_t bytesRead = aio_return(&cb);
    if (bytesRead > 0) {
        buffer[bytesRead] = '\0'; // Null-terminate the string
        std::cout << buffer;
    }

    close(fd);

    return 0;
}

總結

選擇哪種方法取決于具體的應用場景和性能需求。對于大多數應用，標準庫的<fstream>已經足夠高效。如果需要更高的性能，可以考慮使用低級I/O函數、內存映射文件或異步I/O。