30天拿下Rust之输入输出

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(())
}