现代C++ 文件系统库

一、std::filesystem 的前世今生

C++11 之前，文件系统操作依赖于平台特定的 API（如 Windows 的CreateFile或 POSIX 的open），缺乏统一接口。C++17 正式将std::filesystem纳入标准库，该库最初由 Boost.Filesystem 演化而来，提供了跨平台的文件系统操作能力。

核心优势：

• 跨平台兼容性：一次编写，支持 Windows、Linux、macOS 等主流平台
• RAII 设计：通过path、directory_iterator等类实现资源自动管理
• 性能优化：底层封装系统 API，减少不必要的开销

// 编译时需添加编译选项：-std=c++17
#include <iostream>
#include <filesystem>namespace fs = std::filesystem;int main() {std::cout << "C++ filesystem version: " << fs::version() << std::endl;return 0;
}

二、路径操作：从字符串到 path 对象的蜕变

1. 路径构造与标准化

传统 C++ 中使用字符串拼接路径容易出错（如反斜杠转义），fs::path提供了安全的路径处理方式：

void path_operations() {// 自动适配平台分隔符fs::path p1 = "data/images/logo.png";fs::path p2 = "/usr/local/include/c++/11";// 标准化路径（消除.和..）fs::path p3 = "/home/user/../documents/./project";std::cout << "Normalized: " << p3.normalize() << std::endl; // 输出：/home/documents/project// 跨平台路径拼接fs::path base = "/app";fs::path sub = "data/logs";std::cout << "Combined: " << base / sub << std::endl; // 输出：/app/data/logs
}

2. 路径组件分解

void path_components() {fs::path p = "/user/documents/report.pdf";std::cout << "Filename: " << p.filename() << std::endl;       // report.pdfstd::cout << "Stem: " << p.stem() << std::endl;           // reportstd::cout << "Extension: " << p.extension() << std::endl;   // .pdfstd::cout << "Parent path: " << p.parent_path() << std::endl; // /user/documents// 遍历路径层级std::cout << "Path components: ";for (const auto& component : p) {std::cout << component << "/"; // 输出：user/documents/report.pdf/}
}

三、文件与目录操作：从属性查询到内容修改

1. 文件属性查询

void file_attributes() {fs::path file = "example.txt";// 基础属性if (fs::exists(file)) {std::cout << "File size: " << fs::file_size(file) << " bytes" << std::endl;std::cout << "Last write time: " << fs::last_write_time(file) << std::endl;// 类型判断if (fs::is_regular_file(file)) {std::cout << "It's a regular file" << std::endl;} else if (fs::is_directory(file)) {std::cout << "It's a directory" << std::endl;}}
}

2. 目录遍历与文件操作

void directory_operations() {fs::path dir = "src";// 遍历目录（C++17范围for）std::cout << "Files in " << dir << ":\n";for (const auto& entry : fs::directory_iterator(dir)) {std::cout << "  - " << entry.path() << std::endl;// 重命名文件if (entry.path().extension() == ".cpp") {fs::path new_name = entry.path().stem() + "_new" + entry.path().extension();fs::rename(entry.path(), new_name);}}// 创建多级目录fs::create_directories("build/intermediate/output");// 复制文件fs::copy_file("main.cpp", "backup/main.cpp.bak");// 删除文件（谨慎使用）// fs::remove("temp.txt");
}

四、文件搜索与内容统计

1. 递归搜索特定类型文件

void search_files(const fs::path& dir, const std::string& ext, std::vector<fs::path>& results) {try {for (const auto& entry : fs::directory_iterator(dir)) {if (fs::is_directory(entry)) {search_files(entry.path(), ext, results); // 递归搜索子目录} else if (entry.path().extension() == ext) {results.push_back(entry.path());}}} catch (const fs::filesystem_error& e) {std::cerr << "Error: " << e.what() << std::endl;}
}int main() {std::vector<fs::path> cpp_files;search_files("project", ".cpp", cpp_files);std::cout << "Found " << cpp_files.size() << " C++ files:\n";for (const auto& p : cpp_files) {std::cout << "  - " << p << std::endl;}return 0;
}

2. 目录大小统计

uintmax_t calculate_directory_size(const fs::path& dir) {uintmax_t size = 0;for (const auto& entry : fs::recursive_directory_iterator(dir)) {if (fs::is_regular_file(entry)) {size += fs::file_size(entry);}}return size;
}void print_size_human_readable(uintmax_t bytes) {if (bytes < 1024) {std::cout << bytes << " B";} else if (bytes < 1024 * 1024) {std::cout << bytes / 1024.0 << " KB";} else {std::cout << bytes / (1024.0 * 1024) << " MB";}
}

五、性能优化

1. 避免不必要的递归：
   • 使用recursive_directory_iterator时，可通过skip_directory()跳过特定目录

fs::recursive_directory_iterator it(dir);
it.skip_directory(); // 跳过当前目录

1. 缓存路径状态：
   • 频繁查询属性时，使用fs::file_status缓存结果

fs::file_status status = fs::status(file);
if (fs::is_regular_file(status)) { /*...*/ }

1. 错误处理策略：
   • 操作文件系统时，始终捕获fs::filesystem_error异常

try {fs::remove_all("temp");
} catch (const fs::filesystem_error& e) {std::cerr << "Remove error: " << e.path1() << " - " << e.what() << std::endl;
}

六、跨平台注意事项

1. 路径分隔符：

   • Windows 使用反斜杠\，POSIX 使用正斜杠/，fs::path会自动适配

2. 权限管理：

   • Windows 和 POSIX 的权限模型不同，需注意fs::permissions的平台差异

3. 符号链接处理：

   • Linux 中符号链接常见，可通过fs::is_symlink()判断并使用fs::read_symlink()解析

总结

std::filesystem库的引入大幅简化了 C++ 文件系统操作，通过 RAII 设计和跨平台抽象，让开发者无需关心底层差异。