C++: ファイル操作応用

Q: Q：テキストファイルとバイナリファイルの使い分けは？

A： 可読性が必要 → テキストファイル - パフォーマンス/サイズ優先 → バイナリファイル - 移植性優先 → テキストファイル

Q: Q：ファイルオープン失敗の対処は？

A： if (!file) でチェック、例外処理で対処。

最終更新：2026-08-31

レッスン40では、例外処理について学びました。

ここでは、ファイルについて学びます——プログラマの必須スキルです。

ファイル、データベース、設定ファイルなど、ファイル操作は不可欠です。

1. ファイルストリーム

(1) 1.1 ファイルストリームクラス

C++はクラスでファイルを操作します：

クラス	機能
`std::ifstream`	入力ファイルストリーム（読み取り）
`std::ofstream`	出力ファイルストリーム（書き込み）
`std::fstream`	入出力ファイルストリーム（読み書き）

(2) 1.2 ファイルを開く

▶ サンプル 2：ファイルを開く（難易度 ⭐）

TEXT 📖 参照専用

#include <iostream>
#include <fstream>

int main() {
    std::ifstream file("data.txt");
    
    if (!file) {
        std::cerr << "ファイルを開けません" << std::endl;
        return 1;
    }
    
    std::cout << "ファイルを開きました" << std::endl;
    file.close();
    
    return 0;
}

2. ファイルの読み書き

(1) 2.1 行単位で読む

▶ サンプル：ファイルを開く（難易度 ⭐）

CPP

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>

int main() {
    std::ifstream file("data.txt");
    std::string line;
    int count = 0;
    
    while (std::getline(file, line)) {
        count++;
    }
    
    std::cout << "行数：" << count << std::endl;
    file.close();
    
    return 0;
}

▶ 試してみよう

(2) 2.2 書式付き入出力

▶ サンプル：構造体の書き込み（難易度 ⭐⭐）

CPP

#include <iostream>
#include <fstream>

struct Student {
    char name[50];
    int age;
    double score;
};

int main() {
    Student s = {"田中太郎", 20, 85.5};
    
    // 書き込み
    std::ofstream out("student.txt");
    out << s.name << std::endl;
    out << s.age << std::endl;
    out << s.score << std::endl;
    out.close();
    
    // 読み取り
    Student s2;
    std::ifstream in("student.txt");
    in >> s2.name >> s2.age >> s2.score;
    in.close();
    
    std::cout << "名前：" << s2.name << std::endl;
    std::cout << "年齢：" << s2.age << std::endl;
    std::cout << "スコア：" << s2.score << std::endl;
    
    return 0;
}

▶ 試してみよう

⚠️ 注意：

書式付き入力は空白で区切られるため、注意が必要（>> 演算子の仕様）

3. バイナリファイル

(1) 3.1 なぜバイナリファイル？

特徴	テキストファイル	バイナリファイル
可読性	人間が読める	機械向け
サイズ	大きい	小さい
精度	変換で精度損失	精度維持
移植性	高い	（エンディアン問題あり）

(2) 3.2 バイナリ書き込み

▶ サンプル：構造体のバイナリ書き込み（難易度 ⭐⭐⭐）

CPP

#include <iostream>
#include <fstream>

struct Student {
    char name[50];
    int age;
    double score;
};

int main() {
    Student s = {"田中太郎", 20, 85.5};
    
    // バイナリ書き込み
    std::ofstream out("student.bin", std::ios::binary);
    out.write(reinterpret_cast<char*>(&s), sizeof(s));
    out.close();
    
    // バイナリ読み取り
    Student s2;
    std::ifstream in("student.bin", std::ios::binary);
    in.read(reinterpret_cast<char*>(&s2), sizeof(s2));
    in.close();
    
    std::cout << "名前：" << s2.name << std::endl;
    std::cout << "年齢：" << s2.age << std::endl;
    std::cout << "スコア：" << s2.score << std::endl;
    
    return 0;
}

▶ 試してみよう

💡 ヒント：

バイナリ入出力には write と read を使用

データサイズを正確に管理（sizeof）

4. 4. ランダムアクセス

(1) 4.1 seekgとseekp

ファイルの読み取り位置と書き込み位置を移動します。

関数	機能
`seekg(pos)`	読み取り位置を設定
`seekp(pos)`	書き込み位置を設定
`tellg()`	現在の読み取り位置を取得
`tellp()`	現在の書き込み位置を取得

(2) 4.2 例：ファイルの特定位置を変更（難易度 ⭐⭐⭐）

CPP

#include <iostream>
#include <fstream>

int main() {
    std::fstream file("data.txt", std::ios::in | std::ios::out);
    
    // 10バイト目に移動
    file.seekp(10);
    
    // そこに書き込み（上書き）
    file << "Hello";
    
    file.close();
    return 0;
}

5. ファイルストリームの状態

(1) 5.1 状態関数

ファイルストリームには4つの状態関数があります：

関数	説明
`good()`	正常
`eof()`	ファイル終端に到達
`fail()`	エラー（型不一致など）
`bad()`	重大なエラー（ストリーム破損）

(2) 5.2 状態の確認

▶ サンプル：ファイル終端の検出（難易度 ⭐）

CPP

#include <iostream>
#include <fstream>

int main() {
    std::ifstream file("data.txt");
    std::string line;
    
    while (true) {
        std::getline(file, line);
        
        if (file.eof()) {
            break; // 終端に到達
        }
        
        std::cout << line << std::endl;
    }
    
    file.clear(); // 状態をクリア
    file.close();
    
    return 0;
}

▶ 試してみよう

6. 実践：簡易データベース

▶ サンプル 1：学生記録管理（難易度 ⭐⭐⭐）

TEXT 📖 参照専用

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <vector>
#include <string>

struct Student {
    int id;
    char name[50];
    int age;
};

void saveStudents(const std::vector<Student>& students, const std::string& filename) {
    std::ofstream file(filename, std::ios::binary);
    for (const auto& s : students) {
        file.write(reinterpret_cast<const char*>(&s), sizeof(s));
    }
}

void loadStudents(std::vector<Student>& students, const std::string& filename) {
    std::ifstream file(filename, std::ios::binary);
    Student s;
    while (file.read(reinterpret_cast<char*>(&s), sizeof(s))) {
        students.push_back(s);
    }
}

int main() {
    std::vector<Student> students = {
        {1, "田中太郎", 20},
        {2, "佐藤花子", 21}
    };
    
    // 保存
    saveStudents(students, "students.bin");
    
    // 読み取り
    std::vector<Student> loaded;
    loadStudents(loaded, "students.bin");
    
    std::cout << "読み取り完了：" << loaded.size() << "件のデータ" << std::endl;
    
    return 0;
}

▶ サンプル 3：ファイルへの追記（難易度 ⭐⭐）

CPP

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>

int main() {
    // 追記モードでファイルを開く
    std::ofstream outFile("log.txt", std::ios::app);

    if (!outFile) {
        std::cerr << "追記用にファイルを開けません" << std::endl;
        return 1;
    }

    // 複数行を追記
    outFile << "ログエントリ 1: プログラム開始" << std::endl;
    outFile << "ログエントリ 2: データ処理中" << std::endl;
    outFile << "ログエントリ 3: プログラム終了" << std::endl;

    outFile.close();

    // ファイル全体を読む
    std::ifstream inFile("log.txt");
    std::string line;

    std::cout << "ファイル内容:" << std::endl;
    while (std::getline(inFile, line)) {
        std::cout << line << std::endl;
    }

    inFile.close();
    return 0;
}

▶ 試してみよう

出力：

TEXT 📖 参照専用

ファイル内容:
ログエントリ 1: プログラム開始
ログエントリ 2: データ処理中
ログエントリ 3: プログラム終了

❓ よくある質問

Q：テキストファイルとバイナリファイルの使い分けは？ A：可読性が必要 → テキストファイル - パフォーマンス/サイズ優先 → バイナリファイル - 移植性優先 → テキストファイル

Q：文字コードは？ A： C++標準は文字コードを規定しません。対策：- UTF-8でファイルを保存 - 変換ライブラリを使用（iconvなど） - プラットフォーム固有のAPIを使用

Q：ファイルオープン失敗の対処は？ A： if (!file) でチェック、例外処理で対処。

📖 まとめ

トピック	要点
ファイルストリームクラス	`ifstream`/`ofstream`/`fstream`
テキストファイル	`<<` と `>>` で入出力
バイナリファイル	`write` と `read` で入出力
ランダムアクセス	`seekg`/`seekp` で位置移動
状態確認	`eof()`/`fail()`/`bad()`

📝 練習問題

初級（難易度 ⭐）： ofstream でファイルに「Hello World」を書き込み、ifstream で読み込んで出力してください。
中級（難易度 ⭐⭐）： fstream と ios::binary でバイナリファイルを扱い、構造体配列を書き込み、読み込んでください。
上級（難易度 ⭐⭐⭐）： seekg/tellg でファイルサイズを取得する機能を実装してください。「ファイルブラウザ」のような機能を作り、ファイルの特定位置からデータを読み込んでください。

ファイルストリーム：ifstream（読み取り）/ ofstream（書き込み）/ fstream（読み書き）
オープンモード：in/out/app/binary/trunc
状態確認：is_open/good/fail/eof
テキストファイル vs バイナリファイル：可読性と効率のトレードオフ
ランダムアクセス：seekg/tellg で読み取り位置、seekp/tellp で書き込み位置

次のレッスン：正規表現（#42）

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