C/Ｃ++ 标准库为什么不支持直接删除一个文件中的部分内容？
我来和你聊聊为什么 C/C++ 标准库，这套我们程序员最熟悉的“瑞士军刀”，却在“精细化操作文件内容”这方面，显得有些“不给力”，特别是直接删除文件中的部分内容这件事。
咱们得先明白一个核心概念：文件在操作系统层面是如何存储的。
想象一下，你的硬盘，或者 SSD，它不是一块巨大的、连续的画布。它更像是一堆离散的、有编号的“盒子”（称为扇区或簇，具体取决于文件系统）。文件系统就是那个管理这些盒子的“仓库管理员”。当你创建一个文件，然后往里面写数据时，文件系统会根据文件的大小和当前的可用空间，把这些数据分散地、或者尽量连续地放在这些“盒子”里。它还会维护一个“文件目录表”，记录着这个文件用了哪些“盒子”，以及这些盒子的顺序。
标准库的哲学：抽象与边界
C 和 C++ 标准库的设计哲学，很大程度上是为了提供一个跨平台的、稳定的接口。它希望开发者能够专注于“我需要对文件做什么”，而不是关心“我的文件在哪个具体牌子的硬盘上，它的文件系统是怎么分的区”。
标准库提供了非常强大的文件流（File Stream）接口，比如 `fstream`、`FILE` 等等。你可以用它们来：
打开和关闭文件： 就像你去仓库领钥匙和还钥匙。
读取和写入数据： 这就像你在仓库里把货物搬进搬出。你可以按字节、按行、或者按结构体来读取写入。
定位文件指针： 这就像你在仓库里找到某个特定的货架，然后站在它前面。`fseek`（C）或 `seekg`/`seekp`（C++）就是干这个的。
但是，标准库提供的这些操作，本质上都是围绕着“流”的概念。你可以在流的某个位置读取，或者在某个位置写入（这通常会覆盖原有内容），也可以将整个流的读写位置移动到某个地方。
为什么“删除部分内容”这么难？
现在我们回到删除部分内容的问题。想象一下，一个文件就像一条流水线上的一个任务单，记录着一系列操作。如果你要删除任务单中间的一部分，会发生什么？
1. 空隙的产生： 如果你只是简单地把中间的内容“挖掉”，那么这块区域就成了一个“空洞”。文件系统怎么处理这个空洞？它总不能让文件像个漏勺一样，中间缺一块吧？
2. 数据的移动和重新组织： 要“填补”这个空洞，最直接的办法就是把空洞后面的所有内容，一股脑地往前“挪”。这就好比你把流水线后面所有的任务都往前面移，重新排队。
文件系统才是那个真正能做“挪动”和“重组”的家伙。
文件系统负责管理磁盘上的物理空间。当它需要删除一个文件中的部分内容时，它需要：
定位被删除的内容对应的物理块。
标记这些物理块为“未使用”。
将后面内容所在的物理块，移动到前面被删除块的起始位置。
更新文件目录表，修改文件的大小，以及指向文件数据的指针（簇链或索引节点等）。
这些操作涉及到对文件系统中元数据（metadata）的底层修改，包括文件大小、块的分配情况、文件内容所在链表的修改等等。
标准库的“不越界”原则
C/C++ 标准库的设计者们深思熟虑，并没有把这些底层的文件系统操作直接暴露给开发者。原因有很多：
跨平台性： 不同的操作系统（Windows, Linux, macOS, BSD 等）有不同的文件系统（NTFS, FAT32, ext4, APFS 等），它们管理磁盘空间的方式千差万别。如果标准库试图去实现跨所有平台的“删除部分内容”的底层逻辑，那将是一个极其复杂且难以维护的任务，而且很容易出错。标准库更倾向于提供一套通用的、高层的接口，让操作系统去处理具体的硬件和文件系统细节。
安全性与复杂性： 错误地修改文件系统的元数据，或者在数据移动过程中出现中断（比如断电），轻则导致文件损坏，重则可能导致整个文件系统崩溃。标准库倾向于提供相对安全的操作，避免开发者直接接触可能导致灾难性后果的低级操作。
效率的权衡： 在许多情况下，直接删除文件中的一部分内容，然后将后面的数据向前移动，效率非常低。特别是当被删除的部分在文件开头，或者文件非常大的时候。整个文件的绝大部分内容都需要被重写（copy）。很多时候，即使标准库能做到，也不是一个推荐的常用操作。
那么，如何在 C/C++ 中实现“删除部分内容”呢？
虽然标准库不直接提供这个功能，但这并不意味着你无法做到。你有几种变通的方法：
1. “复制并跳过”法（最常见且推荐）：
打开原始文件进行读取。
打开一个新的临时文件进行写入。
使用文件流的定位功能，跳过你想要删除的内容的起始位置。
从删除内容的结束位置开始，将原始文件剩余的所有内容逐字节（或逐块）读取，并写入到临时文件中。
关闭两个文件。
用临时文件替换原始文件（通常是先删除原始文件，然后重命名临时文件）。
优点： 相对安全，不容易损坏原文件（除非在最后一步替换时出错），也容易理解。
缺点： 效率较低，因为需要复制文件的大部分内容，而且需要额外的磁盘空间来存储临时文件。
2. 使用操作系统的特定接口：
对于 Unixlike 系统（Linux, macOS），你可以使用 `ftruncate` 函数。`ftruncate` 可以用来截断文件到指定的大小。如果你想删除文件末尾的内容，这是非常高效的。但要删除文件中间的内容，`ftruncate` 本身不行，你需要结合上面提到的“复制并跳过”方法，用 `ftruncate` 来处理最后一个块。
更底层的，你可以直接操作文件的内存映射（mmap），然后在内存中进行修改，再同步回磁盘。但这已经超出了标准库的范畴，而且对文件系统和内存管理有更深入的要求。
在 Windows 下，也有类似 `SetFilePointerEx` 结合 `SetEndOfFile` 的组合，或者更底层的 `NtFsControlFile` 等 API，但这些都是平台特定的。
总结一下：
C/C++ 标准库的设计重点在于提供一个抽象、通用、跨平台的文件访问接口。它提供了强大的流操作能力，但将底层的、与特定文件系统紧密相关的、可能带来风险且效率低下的“删除中间内容并移动数据”的操作留给了操作系统本身。这是一种明智的分工，让标准库保持简洁和通用，而让操作系统去处理硬件和文件系统的复杂性。当我们真的需要进行这种精细的文件内容删除时，我们通常需要采用“复制并跳过”的策略，或者利用操作系统提供的更底层的 API 来实现。
咱们得先明白一个核心概念：文件在操作系统层面是如何存储的。
想象一下，你的硬盘，或者 SSD，它不是一块巨大的、连续的画布。它更像是一堆离散的、有编号的“盒子”（称为扇区或簇，具体取决于文件系统）。文件系统就是那个管理这些盒子的“仓库管理员”。当你创建一个文件，然后往里面写数据时，文件系统会根据文件的大小和当前的可用空间，把这些数据分散地、或者尽量连续地放在这些“盒子”里。它还会维护一个“文件目录表”，记录着这个文件用了哪些“盒子”，以及这些盒子的顺序。
标准库的哲学：抽象与边界
C 和 C++ 标准库的设计哲学，很大程度上是为了提供一个跨平台的、稳定的接口。它希望开发者能够专注于“我需要对文件做什么”，而不是关心“我的文件在哪个具体牌子的硬盘上，它的文件系统是怎么分的区”。
标准库提供了非常强大的文件流（File Stream）接口，比如 `fstream`、`FILE` 等等。你可以用它们来：
打开和关闭文件： 就像你去仓库领钥匙和还钥匙。
读取和写入数据： 这就像你在仓库里把货物搬进搬出。你可以按字节、按行、或者按结构体来读取写入。
定位文件指针： 这就像你在仓库里找到某个特定的货架，然后站在它前面。`fseek`（C）或 `seekg`/`seekp`（C++）就是干这个的。
但是，标准库提供的这些操作，本质上都是围绕着“流”的概念。你可以在流的某个位置读取，或者在某个位置写入（这通常会覆盖原有内容），也可以将整个流的读写位置移动到某个地方。
为什么“删除部分内容”这么难？
现在我们回到删除部分内容的问题。想象一下，一个文件就像一条流水线上的一个任务单，记录着一系列操作。如果你要删除任务单中间的一部分，会发生什么？
1. 空隙的产生： 如果你只是简单地把中间的内容“挖掉”，那么这块区域就成了一个“空洞”。文件系统怎么处理这个空洞？它总不能让文件像个漏勺一样，中间缺一块吧？
2. 数据的移动和重新组织： 要“填补”这个空洞，最直接的办法就是把空洞后面的所有内容，一股脑地往前“挪”。这就好比你把流水线后面所有的任务都往前面移，重新排队。
文件系统才是那个真正能做“挪动”和“重组”的家伙。
文件系统负责管理磁盘上的物理空间。当它需要删除一个文件中的部分内容时，它需要：
定位被删除的内容对应的物理块。
标记这些物理块为“未使用”。
将后面内容所在的物理块，移动到前面被删除块的起始位置。
更新文件目录表，修改文件的大小，以及指向文件数据的指针（簇链或索引节点等）。
这些操作涉及到对文件系统中元数据（metadata）的底层修改，包括文件大小、块的分配情况、文件内容所在链表的修改等等。
标准库的“不越界”原则
C/C++ 标准库的设计者们深思熟虑，并没有把这些底层的文件系统操作直接暴露给开发者。原因有很多：
跨平台性： 不同的操作系统（Windows, Linux, macOS, BSD 等）有不同的文件系统（NTFS, FAT32, ext4, APFS 等），它们管理磁盘空间的方式千差万别。如果标准库试图去实现跨所有平台的“删除部分内容”的底层逻辑，那将是一个极其复杂且难以维护的任务，而且很容易出错。标准库更倾向于提供一套通用的、高层的接口，让操作系统去处理具体的硬件和文件系统细节。
安全性与复杂性： 错误地修改文件系统的元数据，或者在数据移动过程中出现中断（比如断电），轻则导致文件损坏，重则可能导致整个文件系统崩溃。标准库倾向于提供相对安全的操作，避免开发者直接接触可能导致灾难性后果的低级操作。
效率的权衡： 在许多情况下，直接删除文件中的一部分内容，然后将后面的数据向前移动，效率非常低。特别是当被删除的部分在文件开头，或者文件非常大的时候。整个文件的绝大部分内容都需要被重写（copy）。很多时候，即使标准库能做到，也不是一个推荐的常用操作。
那么，如何在 C/C++ 中实现“删除部分内容”呢？
虽然标准库不直接提供这个功能，但这并不意味着你无法做到。你有几种变通的方法：
1. “复制并跳过”法（最常见且推荐）：
打开原始文件进行读取。
打开一个新的临时文件进行写入。
使用文件流的定位功能，跳过你想要删除的内容的起始位置。
从删除内容的结束位置开始，将原始文件剩余的所有内容逐字节（或逐块）读取，并写入到临时文件中。
关闭两个文件。
用临时文件替换原始文件（通常是先删除原始文件，然后重命名临时文件）。
优点： 相对安全，不容易损坏原文件（除非在最后一步替换时出错），也容易理解。
缺点： 效率较低，因为需要复制文件的大部分内容，而且需要额外的磁盘空间来存储临时文件。
2. 使用操作系统的特定接口：
对于 Unixlike 系统（Linux, macOS），你可以使用 `ftruncate` 函数。`ftruncate` 可以用来截断文件到指定的大小。如果你想删除文件末尾的内容，这是非常高效的。但要删除文件中间的内容，`ftruncate` 本身不行，你需要结合上面提到的“复制并跳过”方法，用 `ftruncate` 来处理最后一个块。
更底层的，你可以直接操作文件的内存映射（mmap），然后在内存中进行修改，再同步回磁盘。但这已经超出了标准库的范畴，而且对文件系统和内存管理有更深入的要求。
在 Windows 下，也有类似 `SetFilePointerEx` 结合 `SetEndOfFile` 的组合，或者更底层的 `NtFsControlFile` 等 API，但这些都是平台特定的。
总结一下：
C/C++ 标准库的设计重点在于提供一个抽象、通用、跨平台的文件访问接口。它提供了强大的流操作能力，但将底层的、与特定文件系统紧密相关的、可能带来风险且效率低下的“删除中间内容并移动数据”的操作留给了操作系统本身。这是一种明智的分工，让标准库保持简洁和通用，而让操作系统去处理硬件和文件系统的复杂性。当我们真的需要进行这种精细的文件内容删除时，我们通常需要采用“复制并跳过”的策略，或者利用操作系统提供的更底层的 API 来实现。
网友意见
首先，的确是理论上有限制。
但是这个理论上有限制，不是说这个功能实现不了，而是绝对不要设计这种功能。
这是一个设计上的原则。
这个原则我把它称之为：不要设计一个让傻子很容易犯错误的接口……
因为一定有傻子会用这个接口来处理这种需求：
移除文档中所有出现的某个单词，
或者每隔n个字符移除m个字符。
如果你意识不到这种需求用这个接口去做有什么问题。
那就对了，不设计这个接口，就是防止你犯傻的……
跟什么程序语言没关系，跟操作系统的文件管理有关，主流操作系统都要求逻辑文件二进制连续。
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