30 天拿下 Rust 之输入输出

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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(())}