c++二进制

### C++ 中与二进制相关的操作或概念 #### 一、C++ 的二进制文件操作 在 C++ 中，可以通过 `std::fstream` 或其派生类 `std::ifstream` 和 `std::ofstream` 来处理二进制文件。为了确保以二进制模式打开文件，需指定标志 `std::ios::binary`。 下面是一个简单的例子展示如何向二进制文件写入数据并从中读取： ```cpp #include <iostream> #include <fstream> struct Data { int id; double value; }; int main() { // 写入二进制文件 Data dataToWrite = {1, 3.14}; std::ofstream outFile("data.bin", std::ios::binary); if (outFile.is_open()) { outFile.write(reinterpret_cast<char*>(&dataToWrite), sizeof(Data)); outFile.close(); } else { std::cerr << "无法打开文件用于写入!" << std::endl; } // 从二进制文件读取 Data dataRead; std::ifstream inFile("data.bin", std::ios::binary); if (inFile.is_open()) { inFile.read(reinterpret_cast<char*>(&dataRead), sizeof(Data)); inFile.close(); std::cout << "ID: " << dataRead.id << ", Value: " << dataRead.value << std::endl; } else { std::cerr << "无法打开文件用于读取!" << std::endl; } } ``` 上述代码展示了如何通过 `write()` 函数将结构体对象写入二进制文件以及通过 `read()` 函数将其恢复[^1]。 --- #### 二、C++ 的位运算 C++ 提供了一系列位运算符来直接操作整型变量中的每一位。常见的位运算符及其用途如下表所示： | 运算符 | 描述 | |--------|--------------------------| | & | 按位与 | | \| | 按位或 | | ^ | 按位异或 | | ~ | 取反（按位非） | | << | 左移 | | >> | 右移 | 以下是一些典型的位运算应用实例： ##### 示例 1：设置某一位为 1 假设需要将整数的第 n 位置为 1，则可以使用左移和按位或运算完成此任务： ```cpp unsigned int setBit(unsigned int num, unsigned int position) { return num | (1 << position); } // 测试 unsigned int number = 0b0000'1010; // 十进制表示为 10 unsigned int result = setBit(number, 2); // 设置第 2 位为 1 std::cout << std::hex << result << std::endl; // 输出应为 'a' ``` ##### 示例 2：清除某一位 要清除某个特定位置上的比特值（即设为 0），可采用按位与和补码的方式实现： ```cpp unsigned int clearBit(unsigned int num, unsigned int position) { return num & ~(1 << position); } // 测试 unsigned int number = 0b0000'1010; // 十进制表示为 10 unsigned int result = clearBit(number, 1); // 清除第 1 位 std::cout << std::dec << result << std::endl; // 输出应为 '8' ``` ##### 示例 3：判断某一位是否被置位 利用按位与检测目标位的状态： ```cpp bool isBitSet(unsigned int num, unsigned int position) { return ((num >> position) & 1) != 0; } // 测试 unsigned int number = 0b0000'1010; // 十进制表示为 10 if (isBitSet(number, 3)) { std::cout << "第三位已被置位" << std::endl; } else { std::cout << "第三位未被置位" << std::endl; } ``` 以上示例说明了如何运用基本的位运算技巧解决实际编程需求[^2]。 --- #### 三、C++ 打开文件的不同模式 除了标准输入输出外，还可以结合不同的标志组合控制文件的行为方式。下列表格总结了几种常用的文件打开选项及其对应的含义： | 标志 | 含义 | |-----------------------|--------------------------------------------------------------------------------------------| | `std::ios::in` | 打开文件仅作读取 | | `std::ios::out` | 打开文件准备写入；如果文件不存在则创建新文件 | | `std::ios::app` | 将所有输出附加至现有文件末尾 | | `std::ios::trunc` | 如果文件已存在，则删除原有内容 | | `std::ios::binary` | 使用二进制而非文本模式 | 当涉及复杂的文件访问场景时，可以选择多个标志联合起来满足具体的需求。例如，“w+”对应的是 `std::ios::in | std::ios::out | std::ios::trunc` 组合效果[^3]。 --- #### 四、综合案例分析 考虑这样一个情景——我们需要保存一组学生记录到磁盘上，并稍后再加载它们回来显示给用户看。这里给出完整的解决方案框架作为参考学习材料之一部分。 ```cpp #include <vector> #include <string> using namespace std; class StudentRecord { public: string name; float score; }; void saveRecords(const vector<StudentRecord>& records, const char* filename) { ofstream file(filename, ios::binary); if (!file) throw runtime_error("Cannot open file for writing!"); size_t count = records.size(); file.write((char*)&count, sizeof(count)); // Write the total record count first for(auto& rec : records){ size_t length = rec.name.length()+1; // Include null terminator file.write((char*)&length, sizeof(length)); file.write(rec.name.c_str(), length); file.write((char*)&rec.score, sizeof(rec.score)); } } vector<StudentRecord> loadRecords(const char* filename){ ifstream file(filename, ios::binary); if(!file) throw runtime_error("Cannot open file for reading!"); vector<StudentRecord> results; size_t count=0; file.read((char*)&count,sizeof(count)); while(count--){ StudentRecord temp; size_t length=0; file.read((char*)&length,sizeof(length)); temp.name.resize(length-1); //-1 excludes '\0', but we read it anyway. file.read(&temp.name[0],length); file.read((char*)&temp.score,sizeof(temp.score)); results.push_back(std::move(temp)); } return results; } ``` 该程序片段定义了一个存储学生成绩的功能模块，既包含了序列化过程也涵盖了相应的反序列化进程。 ---