C++ 文件与文件系统（std::filesystem）

C++17 把"操作文件"纳入标准库：路径拼接、目录遍历、属性查询、复制删除，一套 API 跨 Windows/Linux。本篇函数与 shell 命令一一对照，全部示例在 WSL g++ 11（-std=c++17）编译运行验证。命令行对照的 shell 用法见常用命令速查。

path：先认识路径类型

#include <filesystem>
#include <cstdio>
namespace fs = std::filesystem;

int main() {
    fs::path p = "/var/log/myapp";         // 路径对象，跨平台分隔符
    fs::path f = p / "app.log";            // operator/ 拼接：/var/log/myapp/app.log

    std::printf("%s\n", f.c_str());        // 完整路径
    std::printf("%s\n", f.parent_path().c_str());   // /var/log/myapp
    std::printf("%s\n", f.filename().c_str());      // app.log
    std::printf("%s\n", f.stem().c_str());          // app（不含扩展名）
    std::printf("%s\n", f.extension().c_str());     // .log
}

要点：

• fs::path 惰性转换——它只是路径的表达，不要求文件存在；
• operator/ 是拼接运算符，比手动补 / 安全（Windows/Linux 通吃）；
• Windows 下 path 内部使用 wchar_t，取字符串时 string() 会做转换；涉及非 ASCII 文件名时留意编码。

查询：exists 一族

fs::exists(p)          // 路径存在？（文件或目录都算）
fs::is_directory(p)    // 是目录？
fs::is_regular_file(p) // 是普通文件？
fs::file_size(f)       // 字节数（仅普通文件）
fs::last_write_time(f) // 最后修改时间（file_time_type）
fs::current_path()     // 当前工作目录（无参读 / 有参改，等价 getcwd/chdir）

操作：与 shell 命令对照

shell 命令	std::filesystem
mkdir -p a/b/c	fs::create_directories("a/b/c")
touch f	std::ofstream f("f");（用流创建）
cp src dst	fs::copy_file(src, dst, fs::copy_options::overwrite_existing)
cp -r src dst	fs::copy(src, dst, fs::copy_options::recursive)
mv a b	fs::rename(a, b)
rm f	fs::remove(f)
rm -rf dir	fs::remove_all(dir)（返回删除的条数）
pwd	fs::current_path()

#include <filesystem>
#include <fstream>
namespace fs = std::filesystem;

int main() {
    fs::create_directories("demo/data");              // 递归建目录
    { std::ofstream("demo/data/a.txt") << "hello"; }

    fs::copy_file("demo/data/a.txt", "demo/data/b.txt",
                  fs::copy_options::overwrite_existing);
    fs::rename("demo/data/b.txt", "demo/data/c.txt");

    std::printf("%lld bytes\n",                       // file_size 返回无符号，转 %lld
                static_cast<long long>(fs::file_size("demo/data/a.txt")));
    std::printf("%d\n", (int)fs::remove_all("demo")); // 递归删除
}

遍历：目录迭代器

#include <filesystem>
#include <cstdio>
namespace fs = std::filesystem;

int main() {
    // 单层遍历（等价 ls dir）
    for (const auto& entry : fs::directory_iterator("demo")) {
        std::printf("%s %s\n",
                    entry.is_directory() ? "dir " : "file",
                    entry.path().filename().c_str());
    }

    // 递归遍历（等价 find dir -type f）
    for (const auto& entry : fs::recursive_directory_iterator("demo")) {
        if (entry.is_regular_file() && entry.path().extension() == ".txt")
            std::printf("%s\n", entry.path().c_str());
    }
}

directory_entry 自带 is_directory()/file_size() 等成员（内部缓存，比每次对 path 重新查询更高效）。

错误处理：两套重载

文件系统函数几乎都有两个版本——抛异常的默认版与接收 std::error_code 的 noexcept 版（思路见错误处理）：

// 版本一：失败抛 filesystem_error
try {
    fs::file_size("missing.txt");
} catch (const fs::filesystem_error& e) {
    std::printf("error: %s\n", e.what());   // 含两个 path 与系统错误信息
}

// 版本二：失败填 error_code，不抛
std::error_code ec;
auto size = fs::file_size("missing.txt", ec);
if (ec) std::printf("error: %s\n", ec.message().c_str());

常驻服务、库代码建议用 error_code 版（不希望异常穿越边界）；工具脚本用异常版更省事。

实战：统计目录下最大的文件

#include <filesystem>
#include <cstdio>
#include <string>
namespace fs = std::filesystem;

int main(int argc, char** argv) {
    fs::path dir = argc > 1 ? argv[1] : ".";
    std::string biggest;
    long long biggest_size = -1;

    for (const auto& entry : fs::recursive_directory_iterator(dir)) {
        if (!entry.is_regular_file()) continue;
        auto size = static_cast<long long>(entry.file_size());
        if (size > biggest_size) {
            biggest_size = size;
            biggest = entry.path().string();
        }
    }
    if (biggest_size >= 0)
        std::printf("%s %lld bytes\n", biggest.c_str(), biggest_size);
}

（对应 shell：du -a dir | sort -n | tail -1，见排查工具箱。）

常见错误

错误	说明
相对路径依赖工作目录	服务由 systemd 启动时工作目录可能不同——配置里用绝对路径或以可执行文件位置为基准
remove 只删空目录/单文件	递归删除用 remove_all；误用 remove 删目录返回 false 并不报错
忘记 -std=c++17	GCC 9 之前还需显式链接 -lstdc++fs（g++ 11 不需要）
遍历中修改目录结构	迭代器可能失效；先收集路径列表再操作
Windows 与 Linux 分隔符	始终用 operator/ 拼接，不要手写字符串斜杠
权限与符号链接	copy 默认不跟随目录符号链接；exists(p) 默认跟随，fs::symlink_status(p) 查链接本身

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