Rust之输入输出

作者: adm 分类: Rust 发布时间: 2024-07-01

概述
在软件开发中,输入输出(I/O)是任何应用程序的基本构建模块。Rust作为一门注重安全和性能的语言,在其标准库中提供了强大的I/O功能。这些功能使得Rust程序员能够非常轻松地进行标准I/O、文件读写等操作。

标准I/O
在Rust中,标准输入通常通过std::io::Read trait实现,而标准输出则通过std::io::Write trait实现。这些trait被广泛应用在std::io模块提供的各种类型中,包括:std::io::Stdin、std::io::Stdout和std::io::Stderr。
读取标准输入
在Rust中,可以使用std::io::stdin()函数来获取标准输入流,并使用其read_line方法来读取一行文本。
在下面的示例代码中,我们首先创建了一个空的String来存储用户的输入。然后,我们使用println!宏来打印提示信息到标准输出。接着,我们调用io::stdin().read_line来读取用户输入的一行文本,并将其存储在input变量中。最后,我们使用println!宏来显示用户输入的内容。注意:read_line方法会保留输入的换行符,所以我们需要使用trim方法来移除它。

use std::io;
use std::io::Read;
  
fn main() -> io::Result<()> {
    let mut input = String::new();
    println!("please input: ");
    io::stdin().read_line(&mut input)?;
    println!("input text is: {}", input.trim());
    Ok(())
}

写入标准输出
在Rust中,写入标准输出通常使用println!宏或std::io::stdout().write方法。
在下面的示例代码中,我们首先定义了一个要输出的消息字符串。然后,我们获取标准输出流,并通过调用lock方法来获取一个互斥锁的句柄。这是因为多个线程可能同时尝试写入标准输出,所以我们需要同步访问。接着,我们使用write_all方法将消息和换行符写入输出流。最后,我们调用flush方法来确保所有待处理的输出都被发送到控制台。

use std::io;  
use std::io::Write;  
  
fn main() -> io::Result<()> {
    let text = "Hello World";
    let stdout = io::stdout();
    let mut handle = stdout.lock();

    handle.write_all(text.as_bytes())?;
    handle.write_all(b"\n")?;
    handle.flush()?;
  
    Ok(())  
}

std::io::Stderr的用法与std::io::Stdout类似,这里就不再赘述了。

文件读写
在Rust中,文件读写通常涉及std::fs模块,该模块提供了一系列用于文件操作的功能。在Rust 1.53.0版本之前,我们还可以使用std::io::util 模块进行文件读写。但从Rust 1.53.0版本开始,std::io::util 模块已被废弃,其功能已被直接集成到std::fs和std::io中。因此,现在推荐直接使用这些模块中的函数和方法来进行文件读写。
读取文件
要读取文件的内容,可以使用std::fs::File结构体和std::io::Read trait。
在下面的示例代码中,我们调用File::open方法打开文件。如果文件不存在或无法打开,它会返回一个错误。然后,我们使用BufReader来包装File对象,这样可以高效地从文件中读取数据。read_to_string方法读取整个文件内容到一个字符串中,如果读取失败,它会返回一个错误。最后,我们使用println!打印输出了文件内容。

use std::fs::File;
use std::io::{BufReader, Read};
use std::path::Path;

fn main() -> std::io::Result<()> {
    let path = Path::new("World.txt");
    let file = File::open(path)?;
    let mut reader = BufReader::new(file);

    let mut contents = String::new();
    reader.read_to_string(&mut contents)?;
    println!("content is: {}", contents);
    Ok(())  
}

写入文件
要写入文件,可以使用File::create或File::open带上适当的打开模式(比如:std::fs::OpenOptions)。
在下面的示例代码中,我们调用File::create方法创建一个新文件。如果文件已存在,则其内容会被清空。然后,我们使用write_all方法将字节切片写入文件。

use std::fs::File;
use std::io::Write;

fn main() -> std::io::Result<()> {
    let path = "World.txt";
    let mut file = File::create(path)?;

    let text = "Hello World\nHello 霸都";
    file.write_all(text.as_bytes())?;
    Ok(())
}

BufReader和BufWriter
BufReader和BufWriter是用于包装Read和Write接口的缓冲区结构,它们分别提供了带缓冲区的读取和写入功能。通过使用缓冲区,这些结构能够减少系统调用的次数,从而提高I/O效率,特别是在处理大量小数据块时。
BufReader
BufReader是std::io::BufReader的别名,它包装了一个实现了Read trait的对象,并在内部使用一个缓冲区来存储读取的数据。这使得连续读取操作更加高效,因为可以从内部缓冲区中快速获取数据,而不是每次都从底层对象中进行读取。
在下面的示例代码中,我们创建了一个大小为1024个字节的缓冲区,并使用BufReader的read方法来填充它。然后,我们处理读取到的数据,将其写入到标准输出。当read方法返回读取的字节数为0时,表示没有更多的数据可以读取,我们就退出循环。

use std::fs::File;
use std::io::BufReader;
use std::io;
use std::io::Read;
use std::io::Write;
use std::path::Path;

fn main() -> std::io::Result<()> {
    let path = Path::new("World.txt");
    let file = File::open(path)?;
    let mut reader = BufReader::new(file);

    let mut buffer = [0u8; 1024];
    let stdout = io::stdout();
    let mut handle = stdout.lock();
    while let Ok(size) = reader.read(&mut buffer) {
        if size == 0 {
            break;
        }

        handle.write_all(&buffer[..size])?;
    }

    Ok(())
}

BufWriter
与BufReader类似,BufWriter是std::io::BufWriter的别名,它包装了一个实现了Write trait的对象,并在内部使用一个缓冲区来存储待写入的数据。这样,当调用write或write_all方法时,数据首先被写入到内部缓冲区,直到缓冲区满或者显式地调用flush方法时,数据才会被写入到底层对象。
在下面的示例代码中,我们创建了一个BufWriter来包装File对象,并使用write_all方法将字符串写入到缓冲区。最后,我们调用flush方法来确保所有数据都被写入到文件中。在大多数情况下,不需要我们手动调用flush,因为当BufWriter对象被销毁时,其析构函数会自动调用flush。但是,在某些情况下,我们可能需要显式地刷新缓冲区以确保数据被立即写入。

use std::fs::File;
use std::io::BufWriter;
use std::io::Write;

fn main() -> std::io::Result<()> {
    let file = File::create("World.txt")?;
    let mut writer = BufWriter::new(file);
    let data = "Hello World";

    writer.write_all(data.as_bytes())?;
    writer.flush()?;
    Ok(())
}

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