C++ 中的 std::basic_filebuf::seekoff

在基于文件的 I/O 操作中，我们经常需要操纵数据读取或写入的位置。这意味着您会更改文件中的“文件指针”，使其指向特定位置。std::basic_filebuf::seekoff 为更改 std::basic_filebuf 实例中文件指针的位置提供了解决方案。

引言

std::basic_filebuf 实际上是 I/O 文件的流缓冲区；它是 C++ 标准库中的一个基本类。它在标准流（std::istream 和 std::ostream）与文件之间进行中介。std::basic_filebuf 的受保护成员函数 seekoff 允许您控制其关联文件内部文件指针的位置。

实施

以下是 std::basic_filebuf::seekoff 的行为和参数的细分：

1. 声明

2. 参数

• off： 它是 off_type 类型（通常是 streamoff）的偏移量值，指示从何处移动文件指针的相对位置。正值向前移动，负值向后移动。
• dir： ios_base::seekdir 类型的一个对象，指定偏移量 (off) 的参考点。它可以是：
• ios_base::beg： 文件开头（默认）
• ios_base::cur： 文件指针的当前位置
• ios_base::end： 文件结尾
• which（可选）： ios_base::openmode 类型的一个对象（通常被忽略），指示影响哪个流（输入或输出）。此参数通常无效，因为 std::basic_filebuf 维护单个位置。

3. 返回值

seekoff 函数返回一个 pos_type 类型（通常是 streampos）的对象，该对象表示 seek 操作后文件指针的新位置。如果 seek 失败，则返回表示错误位置的值。

要点和注意事项

• 定位： seekoff 函数根据指定的偏移量和参考点重新定位关联文件内的文件指针。
• Seek 模式： dir 参数允许您从文件开头、当前位置或文件末尾进行 seek。
• 定宽与可变宽编码： 对于定宽字符编码（其中每个字符占用固定数量的字节），seekoff 可以根据字符偏移量 (off) 计算文件中确切的字节偏移量。对于可变宽编码（例如 UTF-8），seekoff 可能需要执行额外的处理来确定精确的字节位置，这可能导致定位精度降低。
• 错误处理： 检查 seekoff 的返回值以确保定位成功至关重要。返回错误位置表示失败。

程序 1

让我们举一个例子来说明 C++ 中 std::basic_filebuf seekoff 函数。

输出

f1's locale's encoding() returns 1
pubseekoff(3, beg) returns 3
pubseekoff(0, end) returns 10
f2's locale's encoding() returns 0
pubseekoff(3, beg) returns -1
pubseekoff(0, end) returns 10

说明

在此示例中，我们在二进制模式下打开一个文件，然后使用 seekoff 将文件指针定位到距文件开头第 10 个字节。如果成功，我们将接下来的 100 个字节读入缓冲区。

1. 头文件包含

• #include <fstream>： 此头文件提供了文件 I/O 类，包括用于读取文件的 std::ifstream。
• #include <iostream>： 此头文件提供了标准输入/输出流，例如用于错误消息的 std::cerr。

2. Main 函数

• int main()： 程序入口点。

3. 打开文件

• std::ifstream file("data.txt", std::ios::binary);
• std::ifstream： 它创建一个名为 file 的输入文件流对象。
• "data.txt"： 指定要打开的文件名。
• std::ios::binary： 以二进制模式打开文件。它确保文件内容逐字节读取/写入，而无需根据编码解释字符。
• if (!file.is_open())： 检查文件是否成功打开。
• !file.is_open()： 如果 file.is_open() 返回 false（表示错误），则执行 if 块。
• std::cerr << "Error opening file!" << std::endl;： 如果文件无法打开，则向标准错误流 (std::cerr) 打印错误消息。
• return 1;： 以非零退出码退出程序，表示发生错误。

4. 定位到特定位置

• if (file.seekoff(10, std::ios_base::beg) == std::streampos::eof())
• seekoff(10, std::ios_base::beg)： 此行尝试将文件指针从文件开头 (std::ios_base::beg) 向前移动 10 个字节。
• std::streampos::eof()： 这是一个特殊值，表示文件结尾位置。
• if 语句 检查 seekoff 的返回值是否等于 std::streampos::eof()。如果是，则表示 seek 操作失败。
• std::cerr << "Error seeking in file!" << std::endl;： 如果定位失败，则打印错误消息。
• return 1;： 以非零退出码退出程序。

5. 读取数据

• char buffer[100];： 它声明一个名为 buffer 的字符数组，大小为 100。它将用于存储从文件中读取的数据。
• read(buffer, sizeof(buffer));： 它将数据从文件读取到缓冲区。
• read()： 它是 std::ifstream 的成员函数，用于从文件读取数据。
• buffer： 将存储读取数据的目标缓冲区。
• sizeof(buffer)： 此表达式计算缓冲区数组的大小（以字节为单位）。它确保填充整个缓冲区或读取所有可用数据（最多为缓冲区大小），直到到达文件末尾。

6. 关闭文件

• close()： 它关闭文件流对象 file，释放与文件关联的资源。

7. 退出程序

• return 0;： 以零退出码退出程序，表示执行成功。

时间复杂度

此代码的时间复杂度是线性的，即 O(n)，因为它使用了一次读取操作，将数据从文件读取到缓冲区数组中，因此起主导作用。此处使用的缓冲区数组大小是固定的（100 字节），但调用 file.read 的次数取决于整个文件的大小。如果存在much larger files，则在使用 file.read() 读取所有数据时需要更多的调用。

空间复杂度

同样，代码的空间复杂度也是线性的，即 O(n)。这是因为主要的空间成本来自缓冲区数组。尽管此缓冲区数组的大小是已知的，但要执行多少个循环取决于文件大小。如果较大的文件包含更多需要读入缓冲区的数据，其实际大小不会改变。

程序 2

让我们再举一个例子来说明 C++ 中 std::basic_filebuf seekoff 函数。

输出

f1's locale's encoding() returns 1
pubseekoff(3, beg) returns 3
pubseekoff(0, end) returns 10
f2's locale's encoding() returns 0
pubseekoff(3, beg) returns -1
pubseekoff(0, end) returns 10

说明

1. get_encoding 函数模板

• 此函数模板以 std::basic_istream（输入流）作为其参数。
• 它从流的 locale 中提取 codecvt facet，并使用 std::use_facet 检索编码。
• codecvt facet 的 encoding() 函数返回一个表示编码的整数。

2. main 函数

• 程序首先创建一个名为 "text.txt" 的文件，其中包含 UTF-8 编码的字符（"zß水?"）。
• 之后，它使用两个不同的输入流对象打开文件：std::ifstream 和 std::wifstream。
• 对于 std::ifstream (f1)，程序检索流 locale 的编码，并使用 pubseekoff 定位到文件中的特定位置。
• 对于 std::wifstream (f2)，程序将 locale 设置为 "en_US.UTF-8" 以指定 UTF-8 编码。之后，它执行与 f1 相同类型的操作。

3. 输出

• 程序打印 get_encoding 为每个流（f1 和 f2）返回的编码。
• 它还演示了使用 pubseekoff 在流中定位。

结论

总之，std::basic_filebuf::seekoff 函数是控制文件指针位置的宝贵工具。std::basic_filebuf::seekoff 提供了一种在与 std::basic_filebuf 对象关联的文件流中重新定位文件指针的方法。它允许您跳转到文件中的特定位置以读取或写入数据。

需要记住的关键点：

接受三个参数：

• off： 相对于起始位置 (std::ios_base::beg)、当前位置 (std::ios_base::cur) 或文件末尾 (std::ios_base::end) 的偏移量。
• dir： 指定偏移量 (std::ios_base::seekdir) 的参考点。
• which（通常被忽略）： 指示要修改哪个序列（输入或输出）（通常用于支持两者的流）。
• 如果成功，它将返回一个表示新位置的 std::streampos 对象，如果出错，则返回 std::streampos::eof()。
• 它最适用于以二进制模式 (std::ios::binary) 打开的文件，以实现准确的字节级定位。
• 对空间复杂度的影响有限（通常是恒定的），因为它主要操纵指针。
• 时间复杂度可以是恒定的（在缓冲区内定位）或线性的（在大型文件中定位），具体取决于用法。

在以下方面非常有效：

• 在文件中进行随机访问，以便读取或写入特定的数据块。
• 实现需要精确定位的自定义文件处理算法。