C++如何在Linux實現高效文件操作

在Linux環境下，使用C++進行高效的文件操作可以通過多種方式實現。以下是一些關鍵點和示例代碼，幫助你提高文件操作的效率：

1. 使用緩沖區：對于大量數據的讀寫，直接使用文件流（如std::ifstream和std::ofstream）可能不是最高效的方式?？梢钥紤]使用緩沖區來減少系統調用的次數。

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <vector>

const size_t BUFFER_SIZE = 1024 * 1024; // 1MB buffer

void copyFile(const std::string& src, const std::string& dest) {
    std::ifstream srcFile(src, std::ios::binary);
    std::ofstream destFile(dest, std::ios::binary);

    if (!srcFile.is_open() || !destFile.is_open()) {
        std::cerr << "Error opening files." << std::endl;
        return;
    }

    std::vector<char> buffer(BUFFER_SIZE);
    while (srcFile.read(buffer.data(), BUFFER_SIZE)) {
        destFile.write(buffer.data(), srcFile.gcount());
    }
    destFile.write(buffer.data(), srcFile.gcount()); // Copy the remaining data

    srcFile.close();
    destFile.close();
}

2. 內存映射文件：內存映射文件是一種將文件或文件的一部分映射到進程的地址空間的技術。這可以顯著提高大文件的讀寫性能。

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

void memoryMappedFileCopy(const std::string& src, const std::string& dest) {
    int srcFd = open(src.c_str(), O_RDONLY);
    if (srcFd == -1) {
        std::cerr << "Error opening source file." << std::endl;
        return;
    }

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

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

    int destFd = open(dest.c_str(), O_RDWR | O_CREAT, S_IRUSR | S_IWUSR);
    if (destFd == -1) {
        std::cerr << "Error opening destination file." << std::endl;
        munmap(srcData, sb.st_size);
        close(srcFd);
        return;
    }

    if (ftruncate(destFd, sb.st_size) == -1) {
        std::cerr << "Error resizing destination file." << std::endl;
        munmap(srcData, sb.st_size);
        close(srcFd);
        close(destFd);
        return;
    }

    char* destData = static_cast<char*>(mmap(nullptr, sb.st_size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, destFd, 0));
    if (destData == MAP_FAILED) {
        std::cerr << "Error mapping destination file." << std::endl;
        munmap(srcData, sb.st_size);
        close(srcFd);
        close(destFd);
        return;
    }

    memcpy(destData, srcData, sb.st_size);

    munmap(srcData, sb.st_size);
    munmap(destData, sb.st_size);
    close(srcFd);
    close(destFd);
}

3. 異步I/O：使用異步I/O可以避免阻塞主線程，提高程序的響應性和吞吐量。

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <libaio.h>

void asyncWriteFile(const std::string& filePath, const std::string& data) {
    int fd = open(filePath.c_str(), O_WRONLY | O_CREAT, S_IRUSR | S_IWUSR);
    if (fd == -1) {
        std::cerr << "Error opening file for writing." << std::endl;
        return;
    }

    io_context_t ctx = 0;
    if (io_setup(1, &ctx) < 0) {
        std::cerr << "Error initializing io_context." << std::endl;
        close(fd);
        return;
    }

    struct iocb cb;
    struct iocb* cbs[1] = {&cb};

    io_prep_pwrite(&cb, fd, data.data(), data.size(), 0);
    cb.aio_lio_opcode = IO_CMD_PWRITE;

    if (io_submit(ctx, 1, cbs) != 1) {
        std::cerr << "Error submitting async write." << std::endl;
    }

    io_getevents(ctx, 1, 1, nullptr, nullptr);

    io_destroy(ctx);
    close(fd);
}

4. 使用sendfile系統調用：對于文件到文件的復制操作，sendfile系統調用可以非常高效，因為它避免了數據在內核空間和用戶空間之間的多次拷貝。

#include <iostream>
#include <sys/sendfile.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

void sendFile(const std::string& src, const std::string& dest) {
    int srcFd = open(src.c_str(), O_RDONLY);
    if (srcFd == -1) {
        std::cerr << "Error opening source file." << std::endl;
        return;
    }

    int destFd = open(dest.c_str(), O_WRONLY | O_CREAT, S_IRUSR | S_IWUSR);
    if (destFd == -1) {
        std::cerr << "Error opening destination file." << std::endl;
        close(srcFd);
        return;
    }

    off_t offset = 0;
    ssize_t bytesSent = sendfile(destFd, srcFd, &offset, 1); // Copy the entire file
    if (bytesSent == -1) {
        std::cerr << "Error sending file." << std::endl;
    }

    close(srcFd);
    close(destFd);
}

在使用這些技術時，請確?？紤]到錯誤處理和資源管理，以避免潛在的問題。此外，根據具體的應用場景和需求，可能需要對這些示例進行適當的調整和優化。