【C++ 17 新特性 文件管理】探索C++ Filesystem库：文件和目录操作的全面指南（一）https://developer.aliyun.com/article/1467851
6. 错误处理和异常
6.1 常见错误类型
在使用C++ Filesystem库时，你可能会遇到各种各样的错误。这些错误通常可以归类为以下几种：
std::filesystem::filesystem_error（文件系统错误）std::bad_alloc（内存分配失败）std::invalid_argument（无效参数）
6.1.1 std::filesystem::filesystem_error
这是最常见的错误类型，通常是因为文件或目录不存在、权限问题或磁盘空间不足等。
代码示例：
try { std::filesystem::create_directory("some/directory"); } catch (std::filesystem::filesystem_error& e) { std::cerr << e.what() << std::endl; }
当你试图打开一个不存在的文件或目录时，你的大脑可能会进入一种“紧急模式”，这与生活中面对突发情况的反应类似。在编程中，这种反应通常会让你更加仔细地检查代码，寻找可能的错误源。
6.1.2 std::bad_alloc
当系统无法分配足够的内存空间时，会抛出这种异常。
代码示例：
try { char* myarray= new char[1000000000ul]; } catch (std::bad_alloc& e) { std::cerr << e.what() << std::endl; }
你可能会觉得自己是个好厨师，但如果厨房里没有足够的食材，你也无法做出美味的食物。同样，如果没有足够的内存，程序也无法正常运行。
6.1.3 std::invalid_argument
当传递给函数的参数不符合预期时，会抛出这种异常。
代码示例：
std::filesystem::path p(""); if (p.empty()) { throw std::invalid_argument("Path cannot be empty"); }
这就像是你试图用一把钥匙打开一个不匹配的锁。你可能会觉得困惑，甚至有点沮喪，但这其实是一个很好的提醒，让你知道你需要更仔细地检查你的工具（在这里是代码）。
6.2 如何捕获和处理异常
在C++中，异常处理是通过try、catch和throw关键字来完成的。
6.2.1 使用try和catch
代码示例：
try { // 一些可能抛出异常的代码 } catch (const std::exception& e) { std::cerr << e.what() << std::endl; }
当你在生活中遇到问题时，你可能会尝试多种解决方案。同样，在编程中，try和catch就像是你的“计划B”，当“计划A”（即正常的代码执行路径）失败时，它们会接管控制流。
6.2.2 使用throw
代码示例：
if (some_condition) { throw std::runtime_error("Something went wrong"); }
当你感到沮喪或失望时，你可能会想要“抛出”你的情感，让别人知道你有问题。在C++中，throw关键字就是这样一个信号，它告诉程序需要转到一个不同的执行路径（即异常处理程序）。
6.3 最佳实践
6.3.1 使用标准异常
尽量使用C++标准库中定义的异常类型，除非你有非常特殊的需求。
6.3.2 不要滥用异常
异常应该用于处理非常规情况，而不是用于控制程序的正常流程。
6.3.3 清理资源
在catch块中，确保释放所有已分配的资源。
代码示例：
try { // 分配资源 } catch (...) { // 释放资源 }
这就像是当你离开一个房间时，你会习惯性地关掉灯以节省电力。同样，在代码中，你也应该有清理资源的好习惯。
6.3.4 方法对比表格
| 方法 | 优点 | 缺点 |
| 使用标准异常 | 代码可读性好，易于维护 | 可能不满足特殊需求 |
| 不要滥用异常 | 提高程序效率 | 需要更多的错误检查代码 |
| 清理资源 | 避免内存泄漏 | 需要额外的代码 |
当你面对一个复杂的问题时，你可能会列出各种可能的解决方案，并权衡它们的优缺点。这个表格就是这样一个工具，它可以帮助你更明智地做出决策。
7. 实用案例和代码示例
7.1 文件复制工具
7.1.1 基础复制
在C++中，使用std::filesystem::copy（标准文件系统复制）方法可以轻松复制文件。这个函数提供了多种复制选项，如递归复制、覆盖现有文件等。
#include <filesystem> namespace fs = std::filesystem; int main() { fs::copy("source.txt", "destination.txt"); }
方法对比
| 方法 | 递归选项 | 覆盖选项 | 异常处理 |
std::filesystem::copy |
是 | 是 | 是 |
std::ifstream, std::ofstream |
否 | 是 | 是 |
7.1.2 高级复制
如果你需要更多的控制，例如复制文件的元数据，你可以使用std::filesystem::copy_options（标准文件系统复制选项）。
fs::copy("source.txt", "destination.txt", fs::copy_options::overwrite_existing | fs::copy_options::recursive);
7.2 批量重命名
7.2.1 使用std::filesystem::rename
批量重命名通常是一个繁琐的任务，但C++ Filesystem库通过std::filesystem::rename（标准文件系统重命名）方法简化了这一过程。
fs::rename("old_name.txt", "new_name.txt");
7.2.2 批量操作
通过组合std::filesystem::directory_iterator（标准文件系统目录迭代器）和std::filesystem::rename，我们可以轻松地进行批量重命名。
for (const auto &entry : fs::directory_iterator("./my_folder")) { fs::rename(entry.path(), entry.path().string() + "_new"); }
7.3 磁盘空间分析
7.3.1 使用std::filesystem::space
std::filesystem::space（标准文件系统空间）方法返回一个包含磁盘空间信息的std::filesystem::space_info对象。
auto spaceInfo = fs::space("/"); std::cout << "Free space: " << spaceInfo.free << std::endl;
7.3.2 分析策略
当你需要清理磁盘空间时，通常会先从最大的文件开始。这种“大鱼先吃”的策略实际上是一种启发式方法，用于解决优化问题。
人们通常会优先解决最大的问题，以获得即时的满足感和成就感。这与编程中的“先解决大问题”策略是一致的。
8. 性能考虑
8.1 I/O性能
8.1.1 缓冲区(Buffering)
在文件操作中，缓冲区（Buffering）是一个关键因素。缓冲区可以减少磁盘I/O次数，从而提高性能。当你一次读取或写入大量数据时，使用缓冲区是非常有用的。
代码示例：
#include <fstream> #include <vector> int main() { std::ofstream outfile("example.txt", std::ios::out | std::ios::binary); std::vector<char> buffer(1024); // 填充缓冲区 outfile.write(buffer.data(), buffer.size()); outfile.close(); }
心理学角度： 人们总是喜欢一次完成多件事，这样可以减少心理负担。缓冲区的工作原理与此类似，通过减少I/O操作的次数，提高了效率。
8.1.2 异步I/O (Asynchronous I/O)
异步I/O（Asynchronous I/O）允许程序在等待I/O操作完成时继续执行其他任务。这样可以有效地利用CPU资源。
代码示例：
// C++20中的异步I/O示例 #include <iostream> #include <fstream> #include <future> void async_read(const std::string& file_name) { std::ifstream infile(file_name, std::ios::in); std::string content; // 异步读取文件 auto future = std::async(std::launch::async, [&]() { std::getline(infile, content); }); // 在这里可以做其他事情 future.wait(); std::cout << "File content: " << content << std::endl; }
心理学角度： 人们在等待电梯时会玩手机，以充分利用这段等待时间。异步I/O也是同样的道理，它让程序在等待I/O操作完成时可以做其他事情。
8.2 内存使用
8.2.1 内存映射 (Memory Mapping)
内存映射（Memory Mapping）是一种将文件或文件的一部分映射到进程地址空间的方法，这样可以提高文件访问速度。
代码示例：
// 使用Boost库进行内存映射 #include <boost/iostreams/device/mapped_file.hpp> int main() { boost::iostreams::mapped_file_source file("example.txt"); auto data = file.data(); // 直接访问内存中的数据 }
心理学角度： 当你需要经常查阅一本书时，你可能会把它放在桌子上而不是书架上，以便更快地访问。内存映射的原理也是如此，它让你能更快地访问文件。
8.3 优化技巧
8.3.1 批量操作 (Batching)
批量操作（Batching）是一种将多个小操作组合成一个大操作的技术，以减少总体开销。
代码示例：
// 批量删除文件 #include <filesystem> #include <vector> int main() { std::vector<std::filesystem::path> files_to_delete = {/* ... */}; for (const auto& file : files_to_delete) { std::filesystem::remove(file); } }
心理学角度： 在超市购物时，我们通常会一次性买齐所有需要的东西，以减少多次往返的时间和精力。批量操作的思想与此相似。
8.3.2 方法对比表
| 方法 | 优点 | 缺点 | 适用场景 |
| 缓冲区(Buffering) | 减少I/O次数，提高性能 | 需要额外的内存 | 大量数据读写 |
| 异步I/O | 充分利用CPU，提高响应性 | 代码复杂度可能增加 | I/O密集型应用 |
| 内存映射 | 快速文件访问 | 可能增加内存使用 | 频繁访问的大文件 |
| 批量操作 | 减少总体开销 | 需要一次性处理所有任务 | 多个小操作需要合并时 |
心理学角度： 选择合适的方法就像选择合适的工具进行手术，需要根据具体情况来决定。不同的方法有不同的优缺点，选择合适的方法可以大大提高效率。
9. 兼容性和跨平台
9.1 Windows平台
9.1.1 文件路径的特殊性
在Windows平台上，文件路径通常使用反斜杠（\）作为分隔符。这与Unix和Linux系统使用正斜杠（/）不同。C++ Filesystem库在这方面做了优化，可以自动识别和处理这种差异。
编程知识: 使用
std::filesystem::path（文件系统路径）类可以自动处理这种平台差异。
#include <filesystem> namespace fs = std::filesystem; fs::path p1 = "C:\\Program Files"; fs::path p2 = "C:/Program Files";
9.1.2 权限和安全性
Windows平台有着严格的文件和目录权限管理，这通常会影响到文件操作。例如，尝试访问系统文件夹通常会导致权限不足的错误。
编程知识: 使用
std::filesystem::permissions（文件系统权限）方法可以更改文件或目录的权限。
fs::permissions("example.txt", fs::perms::owner_all);
心理学角度: 人们通常倾向于“最小努力原则”，即用最少的努力达到目的。在编程中，这通常表现为使用最简单的方法来解决问题。然而，忽视文件权限可能会导致安全隐患。
9.2 Linux平台
9.2.1 文件系统类型
Linux支持多种文件系统，如EXT4, XFS等。C++ Filesystem库在这些文件系统上都能良好地运行。
编程知识: 使用
std::filesystem::space（磁盘空间）方法可以查询文件系统的类型和可用空间。
auto spaceInfo = fs::space("/");
9.2.2 符号链接和硬链接
Linux平台广泛使用符号链接（Symbolic Links）和硬链接（Hard Links）。
编程知识:
std::filesystem::create_symlink（创建符号链接）和std::filesystem::create_hard_link（创建硬链接）方法用于创建链接。
fs::create_symlink("target.txt", "symlink.txt"); fs::create_hard_link("target.txt", "hardlink.txt");
心理学角度: 人们喜欢“一石多鸟”的策略，这在Linux的链接系统中得到了体现。通过创建链接，用户可以在不增加存储负担的情况下，实现多路径访问。
9.3 MacOS平台
9.3.1 HFS+和APFS
MacOS使用HFS+或APFS作为其文件系统。C++ Filesystem库也支持这两种文件系统。
编程知识: 与Linux平台类似，
std::filesystem::space（磁盘空间）方法也适用于MacOS。
auto spaceInfo = fs::space("/");
9.3.2 Case Sensitivity（大小写敏感性）
MacOS文件系统默认是不区分大小写的，这一点需要特别注意。
编程知识: 使用
std::filesystem::equivalent（等效性检查）方法可以检查两个路径是否指向同一个文件或目录。
bool isSame = fs::equivalent("file.txt", "FILE.TXT"); // 在MacOS上通常返回true
心理学角度: 人们通常习惯于忽略细微的差异以便更快地做出决策。在MacOS的文件系统设计中，这一心理特点得到了体现。
这一章节旨在深入但易于理解地介绍C++ Filesystem库在不同操作系统平台上的兼容性和特性。希望能帮助你在跨平台开发中避免一些常见的陷阱。
结语
在我们的编程学习之旅中，理解是我们迈向更高层次的重要一步。然而，掌握新技能、新理念，始终需要时间和坚持。从心理学的角度看，学习往往伴随着不断的试错和调整，这就像是我们的大脑在逐渐优化其解决问题的“算法”。
这就是为什么当我们遇到错误，我们应该将其视为学习和进步的机会，而不仅仅是困扰。通过理解和解决这些问题，我们不仅可以修复当前的代码，更可以提升我们的编程能力，防止在未来的项目中犯相同的错误。
我鼓励大家积极参与进来，不断提升自己的编程技术。无论你是初学者还是有经验的开发者，我希望我的博客能对你的学习之路有所帮助。如果你觉得这篇文章有用，不妨点击收藏，或者留下你的评论分享你的见解和经验，也欢迎你对我博客的内容提出建议和问题。每一次的点赞、评论、分享和关注都是对我的最大支持，也是对我持续分享和创作的动力。
