From Gossip@caterpillar

C++ Gossip: 隨機存取檔案

使用 get 指標或 put 指標，可以自由的移動至檔案中指定的位置進行讀取或寫入的動作，通常隨機存取檔案會使用二進位模式進行，文字模式開啟的檔案並不適合作隨機存取的動作。

如何利用隨機存取來讀寫所有的資料，必須視您的需求而定，需求決定您的資料結構，這邊以一個最簡單的例子來示範隨機存取，寫入檔案時都是使用固定大小的struct，由於資料大小固定，這可以方便明確的指定檔案中讀取的位置。

假設有一個簡單的學生成績資料如下：
  • Student.h
#ifndef DATASTRU_H 
#define DATASTRU_H 
                                                                                
struct Student { 
    int studyNumber; 
    char name[80]; 
    double score; 
}; 
                                                                                
#endif

一個結構的大小是固定的，當要寫入一個結構時，可以使用這樣的語法：
fout.write(reinterpret_cast<const char*> (&student),
            sizeof(Student));


其中student是Student自訂struct所宣告的變數名稱，由於write接受const char*型態的變數，所以使用reinterpret_cast<const char*> 將之轉換為const char*指標。

下面這個程式示範，如何建立一個檔案，當中包括50筆空的資料：
  • main.cpp
#include <iostream> 
#include <fstream> 
#include "Student.h" 
using namespace std; 

int main(int argc, char* argv[]) { 
    if(argc != 2) { 
        cout << "指令: create <filename>" << endl; 
        return 1; 
    } 

    ofstream fout(argv[1], ios::binary); 

    if(!fout) { 
        cerr << "檔案輸出失敗" << endl; 
        return 1; 
    } 

    int count; 
    cout << "要建立幾筆資料？ "; 
    cin >> count; 

    Student student = {0, "", 0.0}; 

    for(int i = 0; i < count; i++) { 
        fout.write(reinterpret_cast<const char*> (&student), 
            sizeof(Student)); 
    } 

    fout.close(); 

    return 0; 
}

執行結果：
create data.bin
要建立幾筆資料？ 50

接下來可以使用下面這個程式進行隨機存取，使用學號來作資料的位置指定，將之儲存在檔案中的指定位置： 
#include <iostream> 
#include <fstream> 
#include "Student.h" 
using namespace std; 

int main(int argc, char* argv[]) { 
    Student student; 
    int count = 0; 

    if(argc < 2) { 
        cerr << "指令: write <filename>"; 
        return 1; 
    } 

    fstream fio(argv[1], ios::in | ios::out | ios::binary); 
    if(!fio) { 
        cerr << "無法讀取檔案" << endl; 
        return 1; 
    } 

    while(true) { 
        fio.read(reinterpret_cast<char *> (&student), 
            sizeof(Student)); 
        if(!fio.eof()) 
            count++; 
        else 
            break; 
    } 

    fio.clear(); 

    cout << "輸入學號(1-" << count << ")"  << endl
         << "輸入0離開"; 

    while(true) { 
        cout << "\n學號? "; 
        cin >> student.studyNumber; 
        if(student.studyNumber == 0) 
            break; 
        
        cout << "輸入姓名, 分數" << endl
             << "? "; 
        cin >> student.name >> student.score; 

        fio.seekp((student.studyNumber - 1) * sizeof(Student)); 
        fio.write(reinterpret_cast<const char*> (&student), 
            sizeof(Student)); 
    } 

    fio.close(); 

    return 0; 
}

執行結果：
write data.bin
輸入學號(1-50)
輸入0離開
學號? 1
輸入姓名, 分數
? 良葛格 88

學號? 2
輸入姓名, 分數
? 毛妹妹 94

學號? 5
輸入姓名, 分數
? 毛毛蟲 75

學號? 0

接下來可以使用下面這個程式讀取方才所輸入的資料：
 
#include <iostream> 
#include <fstream> 
#include "Student.h" 
using namespace std; 

int main(int argc, char* argv[]) { 
    Student student; 
    int count = 0, number; 

    if(argc != 2) { 
        cout << "指令: read <filename>" << endl; 
        return 1; 
    } 

    ifstream fin(argv[1], ios::in | ios::binary); 
    if(!fin) { 
        cerr << "無法讀取檔案" << endl; 
        return 1; 
    } 

    while(true) { 
        fin.read(reinterpret_cast<char *> (&student), 
            sizeof(Student)); 
        if(!fin.eof()) 
            count++; 
        else 
            break; 
    } 
    fin.clear(); 

    cout << "輸入學號(1-" << count << ")"  << endl
         << "輸入0離開"; 

    while(true) { 
        cout << "\n學號? "; 
        cin >> number; 
        if(number == 0) 
            break; 
        else if(number > count) { 
            cout << "輸入學號(1-" << count << ")" << endl; 
            continue; 
        } 
                                                                                
        cout << "\n學號\t姓名\t\t分數" << endl; 
                                                                                
        fin.seekg((number - 1) * sizeof(Student)); 
        fin.read(reinterpret_cast<char*> (&student), 
            sizeof(Student)); 
        cout << student.studyNumber << "\t" 
             << student.name << "\t\t" 
             << student.score << endl; 
    } 

    fin.close(); 

    return 0; 
}

執行結果：
read data.bin
輸入學號(1-50)
輸入0離開
學號? 1

學號    姓名            分數
1       良葛格          88

學號? 2

學號    姓名            分數
2       毛妹妹          94

學號? 3

學號    姓名            分數
0                       0

學號? 5

學號    姓名            分數
5       毛毛蟲          75

學號? 0

這幾個程式是隨機存取的簡單示範，您也可以結合起來，製作一個簡易的成績登記程式。

在判斷資料筆數時還有更簡單的方法，就是開啟檔案後先使用ios::end將指標移至檔案尾，然後使用tellg()得到目前的檔案指標位置，再除以資料結構的大小除可得知資料筆數，例如：
file.seekg(0, ios::end);
count = file.tellg() / sizeof(資料結構);