c++ filesystem详解(3) - 路径
路径是非常重要的概念， filesystem 提供了path类， 下面学习及解析。
1. 问题
在工作中， 跨平台对路径字符的处理是避免不了的， 所以有下面几个问题：
a、目录分隔符怎样处理呢？
b、编码怎样统一？
c、路径的分割怎样处理？
filesystem path出现之前， 工作实践为:
windows/linux统一内部使用目录分隔符/;
windows/linux交互存储使用UTF-8编码；
windows下使用UNICODE API处理，存储交互转化成UTF-8， 避免使用ANSI；
这样基本就解决了跨平台问题， 那么filesystem path是怎样处理的呢?
2. 标准文档
标准文件搬运， 方便阅读记录std::filesystem::path - cppreference.com
路径名拥有下列语法：
- 根名(可选)：标识具有多根的文件系统（如 "C:" 或 "//myserver"）的根。有歧义的情况下，将组成合法 根名 的最长序列当做 根名。标准库可以在 OS API 所了解的 根名 外，定义额外的 根名。
- 根目录(可选)：目录分隔符，若存在，则标记此路径为绝对。若缺失（且异于根名的首元素是文件名），则路径为相对且要求另一路径作为解决此文件名的起始位置。
- 零或多个下列者：
- 文件名：不由目录分隔符或偏好目录分隔符组成的字符序列（操作系统或文件系统可能加上附加限制）。此名称可能标识一个文件、硬链接或目录。辨别两种特殊的 文件名：
- 点：由单个点字符. 构成的文件名是指代当前目录的目录名
- 点点：由两个点字符 .. 构成的文件名是指代父目录的目录名。
- 目录分隔符：正斜杠字符 / 或作为 path::preferred_separator 提供的另一种字符。若重复此字符，则它被处理成单个目录分隔符：/usr///////lib 与 /usr/lib 相同。
path能以下列算法正常化：
- 若路径为空，则停止（空路径的正常形式是空路径）。
- 替换每个 目录分隔符（可以由多重斜杠组成）为单个 path::preferred_separator。
- 替换 根名 中的每个斜杠字符为 path::preferred_separator。
- 移除每个 点 和立即后随的 目录分隔符。
- 移除每个立即后随 目录分隔符 和一个 点点 的非 点点 文件名，还有立即跟随的 目录分隔符。
- 若存在 根目录，则移除立即跟随它们的所有 点点 及任何 目录分隔符。
- 若最终文件名是 点点，则移除任何尾随的 目录分隔符。
- 若路径为空，则添加一个 点（./ 的正常形式是 .）。
路径可由 begin() 与 end() 函数返回的迭代器逐元素进行遍历，这会以通用格式查看路径，并在根名、根目录及后继文件名元素上迭代（跳过目录分隔符，除了标识根目录者）。若路径中的最后元素是目录分隔符，则最后的迭代器将解引用为空元素。
调用任何的 path 非 const 成员函数会令所有引用该对象元素的迭代器失效。
若 OS 使用异于上述可移植通用语法的原生语法，则库函数被定义为接受“受检测格式”，以接受两种格式的路径名：当且仅当受检测格式匹配通用格式，但不为操作系统作为原生路径接受，才采用受检测格式参数。原生格式在目录路径名和文件路径名有别的 OS 上，若通用路径名以目录分隔符终止，则将它当做目录路径，否则当做常规文件。
任何情况下，path 类表现如同它以原生格式存储路径名，并自动于所需场合转换它为通用格式（每个成员函数都指定它转译的路径格式）。
POSIX 系统上，通用格式就是原生格式，并且没有必要区别或转换它们。
路径可隐式转换自及转换成 std::basic_string，这使得在文件 API 上使用它们可行。
流运算符使用 std::quoted 以使空白不会导致其后通过流输入运算符的读取发生截断。
分解成员函数（如 extension）返回 filesystem::path 对象而不是如其他 API 那样返回字符串对象。
成员类型与常量
类型 | 定义 |
value_type | 文件系统原生编码所用的字符类型： POSIX 上为 char，Windows 上为 wchar_t |
string_type | std::basic_string<value_type> |
const_iterator | value_type 为 path 的常量老式输入迭代器 (LegacyInputIterator) ，符合老式双向迭代器 (LegacyBidirectionalIterator) 的所有要求，但对于两个相等且可解引用的 const_iterator 类型的迭代器 a 与 b，不要求 *a 与 b 指代同一对象。const_iterator 是否实际为[老式双向迭代器* (LegacyBidirectionalIterator) ](https://zh.cppreference.com/w/cpp/named_req/BidirectionalIterator)是未指定的。 |
iterator | const_iterator 的别名 |
format | 确定如何解读路径名的字符串表示亦定义下列枚举项： 常量解释 native_format原生路径格式 generic_format通用路径格式 auto_format实现定义格式，如果可能就自动检测 (枚举) |
成员常量
constexpr value_type preferred_separator [static] | 在可移植的 / 之外可用的另一种目录分隔符。 Windows 上它是反斜杠字符 \。 POSIX 上它是与可移植分隔符相同的斜杠 / (公开静态成员常量) |
成员函数
(构造函数) | 构造一个 path (公开成员函数) |
(析构函数) | 销毁 path 对象 (公开成员函数) |
operator= | 赋值另一个路径 (公开成员函数) |
assign | 赋值内容 (公开成员函数) |
连接 | |
append operator/= | 以目录分隔符向路径添加元素 (公开成员函数) |
concat operator+= | 连接两个路径而不加入目录分隔符 (公开成员函数) |
修改器 | |
clear | 擦除内容 (公开成员函数) |
make_preferred | 转换目录分隔符为首选目录分隔符 (公开成员函数) |
remove_filename | 移除文件名路径组分 (公开成员函数) |
replace_filename | 以另一路径替换最末的路径组分 (公开成员函数) |
replace_extension | 替换扩展名 (公开成员函数) |
swap | 交换两个路径 (公开成员函数) |
格式观察器 | |
c_str native operator string_type | 返回路径的原生版本 (公开成员函数) |
string wstring u8string u16string u32string | 返回转换到字符串的原生路径名格式的路径 (公开成员函数) |
generic_string generic_wstring generic_u8string generic_u16string generic_u32string | 返回转换到字符串的通用路径名格式 (公开成员函数) |
比较 | |
compare | 以字典序比较两个路径的词法表示 (公开成员函数) |
生成 | |
lexically_normal lexically_relative lexically_proximate | 转换路径到正常形式 转换路径到相对形式 转换路径到近似形式 (公开成员函数) |
分解 | |
root_name | 若存在则返回路径的根名 (公开成员函数) |
root_directory | 若存在则返回路径的根目录 (公开成员函数) |
root_path | 若存在则返回路径的根路径 (公开成员函数) |
relative_path | 返回相对根路径的路径 (公开成员函数) |
parent_path | 返回父路径的路径 (公开成员函数) |
filename | 返回文件名路径组分 (公开成员函数) |
stem | 返回主干路径组分（不带扩展名的文件名） (公开成员函数) |
extension | 返回文件扩展名路径组分 (公开成员函数) |
查询 | |
empty | 检查路径是否为空 (公开成员函数) |
has_root_path has_root_name has_root_directory has_relative_path has_parent_path has_filename has_stem has_extension | 检查对应路径元素是否非空 (公开成员函数) |
is_absoluteis_relative | 检查 root_path() 是否唯一标识文件系统位置 (公开成员函数) |
迭代器 | |
beginend | 将路径作为元素序列访问的迭代器 (公开成员函数) |
非成员函数
swap(std::filesystem::path) | 交换两个路径 (函数) |
hash_value | 计算路径对象的散列值 (函数) |
operator== operator!=(C++20 前) operator<(C++20 前) operator<=(C++20 前) operator>(C++20 前) operator>=(C++20 前) operator<=>(C++20) | 以字典序比较两个路径 (函数) |
operator/ | 用目录分隔符连接两个路径 (函数) |
operator<> | 进行路径上的流输入及输出 (函数) |
u8path(C++17) (C++20 中弃用) | 从 UTF-8 编码的源创建 path (函数) |
辅助类
在命名空间 std 定义 | |
std::hash(C++17) | std::filesystem::path 的散列支持 (类模板特化) |
std::filesystem::path构造函数
path() noexcept; | (1) | (C++17 起) |
path( const path& p ); | (2) | (C++17 起) |
path( path&& p ) noexcept; | (3) | (C++17 起) |
path( string_type&& source, format fmt = auto_format ); | (4) | (C++17 起) |
template< class Source > path( const Source& source, format fmt = auto_format ); | (5) | (C++17 起) |
template< class InputIt > path( InputIt first, InputIt last, format fmt = auto_format ); | (6) | (C++17 起) |
template< class Source > path( const Source& source, const std::locale& loc, format fmt = auto_format ); | (7) | (C++17 起) |
template< class InputIt > path( InputIt first, InputIt last, const std::locale& loc, format fmt = auto_format ); | (8) | (C++17 起) |
构造新的 path 对象。
1) 构造空路径。
2) 复制构造函数。构造一个路径，其原生与通用格式的路径名均与 p 相同
3) 移动构造函数。构造一个路径，其原生与通用格式的路径名均与 p 相同，p 留在合法而未指定的状态。
4-6) 从 source (4,5) 提供的字符序列构造路径（按 fmt 指定的格式转译），源可以是一个指向空终值字符/宽字符序列的指针或输入迭代器，std::basic_string 或 std::basic_string_view，或作为一对输入迭代器 [first, last) 提供 (6)。允许任何字符类型 char、char8_t (C++20 起)、char16_t、char32_t、wchar_t，而且原生字符集的转换方法依赖于 source 所用的字符类型
若源字符类型是 char8_t，则使用从 UTF-8 到原生文件系统编码的转换。 | (C++20 起) |
7,8) 从 source (7) 提供的从字符序列构造路径（按 fmt 指定的格式转译），源可以是指向空终止字符序列的指针或输入迭代器，std::string，std::basic_string_view，或由一对输入迭代器 [first, last) (8) 所代表。仅允许的字符类型是 char。用 loc 进行字符编码转换。若 value_type 是 wchar_t，则使用 loc 的 std::codecvt<wchar_t, char, std::mbstate_t> 平面从宽字符转换。否则，首先用 std::codecvt<wchar_t, char, std::mbstate_t> 平面转换到宽字符，再用 loc 的 std::codecvt<wchar_t,value_type> 平面转换到文件系统原生字符类型。
仅若 Source 与 path 不是同一类型，而且：
- Source 是 std::basic_string 或 std::basic_string_view 的特化，或
- std::iterator_traits[std::decay_t](http://zh.cppreference.com/w/cpp/types/decay)<Source>::value_type 合法并代表可能有 const 限定的编码字符类型（char、char8_t、 (C++20 起)char16_t、char32_t 或 wchar_t）
(5) 与 (7) 才参与重载决议。
参数
p | 要复制的路径 |
source | std::basic_string，std::basic_string_view，指向空终止字符串的指针，或拥有字符值类型并指向空终止字符序列的的输入迭代器（对于重载 (7) 字符类型必须是 char） |
first, last | 一对指定字符序列的老式输入迭代器 (LegacyInputIterator) |
fmt | path::format 类型的枚举项，指定路径名格式如何转译 |
loc | 定义编码转换所用的本地环境 |
类型要求 | |
-InputIt 必须满足老式输入迭代器 (LegacyInputIterator) 。 | |
-InputIt 的值类型 必须是字符类型 char、 char8_t (C++20 起)、 wchar_t、 char16_t 及 char32_t 之一， 以使用重载 (6)。 | |
-InputIt 的值类型必须是 char，以使用 (8)。 |
异常
2,4-8) 可能会抛出由实现定义的异常。
** 注解**
关于从 Unicode 字符串生成可移植路径名，见 u8path。 | (C++20 前) |
源为 char8_t 的序列时，path 构造函数支持从 UTF-8 字符串创建。 | (C++20 起) |
