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Go语言数据I/O对象及操作

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Go语言中,几乎所有的数据结构都围绕接口展开,接口是Go语言中所有数据结构的核心。在实际开发过程中,无论是实现 web 应用程序,还是控制台输入输出,又或者是网络操作,都不可避免的会遇到 I/O 操作。

Go语言标准库的 bufio 包中,实现了对数据 I/O 接口的缓冲功能。这些功能封装于接口 io.ReadWriter、io.Reader 和 io.Writer 中,并对应创建了 ReadWriter、Reader 或 Writer 对象,在提供缓冲的同时实现了一些文本基本 I/O 操作功能。

ReadWriter 对象

ReadWriter 对象可以对数据 I/O 接口 io.ReadWriter 进行输入输出缓冲操作,ReadWriter 结构定义如下:

type ReadWriter struct {
    *Reader
    *Writer
}

默认情况下,ReadWriter 对象中存放了一对 Reader 和 Writer 指针,它同时提供了对数据 I/O 对象的读写缓冲功能。

可以使用 NewReadWriter() 函数创建 ReadWriter 对象,该函数的功能是根据指定的 Reader 和 Writer 创建一个 ReadWriter 对象,ReadWriter 对象将会向底层 io.ReadWriter 接口写入数据,或者从 io.ReadWriter 接口读取数据。该函数原型声明如下:

func NewReadWriter(r *Reader, w *Writer) *ReadWriter

在函数 NewReadWriter() 中,参数 r 是要读取的来源 Reader 对象,参数 w 是要写入的目的 Writer 对象。

Reader 对象

Reader 对象可以对数据 I/O 接口 io.Reader 进行输入缓冲操作,Reader 结构定义如下:

type Reader struct {
    //contains filtered or unexported fields
)

默认情况下 Reader 对象没有定义初始值,输入缓冲区最小值为 16。当超出限制时,另创建一个二倍的存储空间。

创建 Reader 对象

可以创建 Reader 对象的函数一共有两个,分别是 NewReader() 和 NewReaderSize(),下面分别介绍。

1) NewReader() 函数

NewReader() 函数的功能是按照缓冲区默认长度创建 Reader 对象,Reader 对象会从底层 io.Reader 接口读取尽量多的数据进行缓存。该函数原型如下:

func NewReader(rd io.Reader) *Reader

其中,参数 rd 是 io.Reader 接口,Reader 对象将从该接口读取数据。

2) NewReaderSize() 函数

NewReaderSize() 函数的功能是按照指定的缓冲区长度创建 Reader 对象,Reader 对象会从底层 io.Reader 接口读取尽量多的数据进行缓存。该函数原型如下:

func NewReaderSize(rd io.Reader, size int) *Reader

其中,参数 rd 是 io.Reader 接口,参数 size 是指定的缓冲区字节长度。

操作 Reader 对象

操作 Reader 对象的方法共有 11 个,分别是 Read()、ReadByte()、ReadBytes()、ReadLine()、ReadRune ()、ReadSlice()、ReadString()、UnreadByte()、UnreadRune()、Buffered()、Peek(),下面分别介绍。

1) Read() 方法

Read() 方法的功能是读取数据,并存放到字节切片 p 中。Read() 执行结束会返回已读取的字节数,因为最多只调用底层的 io.Reader 一次,所以返回的 n 可能小于 len(p),当字节流结束时,n 为 0,err 为 io. EOF。该方法原型如下:

func (b *Reader) Read(p []byte) (n int, err error)

在方法 Read() 中,参数 p 是用于存放读取数据的字节切片。示例代码如下:
package main

import (
    "bufio"
    "bytes"
    "fmt"
)

func main() {
    data := []byte("C语言中文网")
    rd := bytes.NewReader(data)
    r := bufio.NewReader(rd)
    var buf [128]byte
    n, err := r.Read(buf[:])
    fmt.Println(string(buf[:n]), n, err)
}
运行结果如下:

C语言中文网 16 <nil>

2) ReadByte() 方法

ReadByte() 方法的功能是读取并返回一个字节,如果没有字节可读,则返回错误信息。该方法原型如下:

func (b *Reader) ReadByte() (c byte,err error)

示例代码如下:
package main

import (
    "bufio"
    "bytes"
    "fmt"
)

func main() {
    data := []byte("Go语言入门教程")
    rd := bytes.NewReader(data)
    r := bufio.NewReader(rd)
    c, err := r.ReadByte()
    fmt.Println(string(c), err)
}
运行结果如下:

G <nil>

3) ReadBytes() 方法

ReadBytes() 方法的功能是读取数据直到遇到第一个分隔符“delim”,并返回读取的字节序列(包括“delim”)。如果 ReadBytes 在读到第一个“delim”之前出错,它返回已读取的数据和那个错误(通常是 io.EOF)。只有当返回的数据不以“delim”结尾时,返回的 err 才不为空值。该方法原型如下:

func (b *Reader) ReadBytes(delim byte) (line []byte, err error)

其中,参数 delim 用于指定分割字节。示例代码如下:
package main

import (
    "bufio"
    "bytes"
    "fmt"
)

func main() {
    data := []byte("C语言中文网, Go语言入门教程")
    rd := bytes.NewReader(data)
    r := bufio.NewReader(rd)
    var delim byte = ','
    line, err := r.ReadBytes(delim)
    fmt.Println(string(line), err)
}
运行结果如下:

C语言中文网, <nil>

4) ReadLine() 方法

ReadLine() 是一个低级的用于读取一行数据的方法,大多数调用者应该使用 ReadBytes('\n') 或者 ReadString('\n')。ReadLine 返回一行,不包括结尾的回车字符,如果一行太长(超过缓冲区长度),参数 isPrefix 会设置为 true 并且只返回前面的数据,剩余的数据会在以后的调用中返回。

当返回最后一行数据时,参数 isPrefix 会置为 false。返回的字节切片只在下一次调用 ReadLine 前有效。ReadLine 会返回一个非空的字节切片或一个错误,方法原型如下:

func (b *Reader) ReadLine() (line []byte, isPrefix bool, err error)

示例代码如下:
package main

import (
    "bufio"
    "bytes"
    "fmt"
)

func main() {
    data := []byte("Golang is a beautiful language. \r\n I like it!")
    rd := bytes.NewReader(data)
    r := bufio.NewReader(rd)
    line, prefix, err := r.ReadLine()
    fmt.Println(string(line), prefix, err)
}
运行结果如下:

Golang is a beautiful language.  false <nil>

5) ReadRune() 方法

ReadRune() 方法的功能是读取一个 UTF-8 编码的字符,并返回其 Unicode 编码和字节数。如果编码错误,ReadRune 只读取一个字节并返回 unicode.ReplacementChar(U+FFFD) 和长度 1。该方法原型如下:

func (b *Reader) ReadRune() (r rune, size int, err error)

示例代码如下:
package main

import (
    "bufio"
    "bytes"
    "fmt"
)

func main() {
    data := []byte("C语言中文网")
    rd := bytes.NewReader(data)
    r := bufio.NewReader(rd)
    ch, size, err := r.ReadRune()
    fmt.Println(string(ch), size, err)
}
运行结果如下:

C 1 <nil>

6) ReadSlice() 方法

ReadSlice() 方法的功能是读取数据直到分隔符“delim”处,并返回读取数据的字节切片,下次读取数据时返回的切片会失效。如果 ReadSlice 在查找到“delim”之前遇到错误,它返回读取的所有数据和那个错误(通常是 io.EOF)。

如果缓冲区满时也没有查找到“delim”,则返回 ErrBufferFull 错误。ReadSlice 返回的数据会在下次 I/O 操作时被覆盖,大多数调用者应该使用 ReadBytes 或者 ReadString。只有当 line 不以“delim”结尾时,ReadSlice 才会返回非空 err。该方法原型如下:

func (b *Reader) ReadSlice(delim byte) (line []byte, err error)

其中,参数 delim 用于指定分割字节。示例代码如下:
package main

import (
    "bufio"
    "bytes"
    "fmt"
)

func main() {
    data := []byte("C语言中文网, Go语言入门教程")
    rd := bytes.NewReader(data)
    r := bufio.NewReader(rd)
    var delim byte = ','
    line, err := r.ReadSlice(delim)
    fmt.Println(string(line), err)
    line, err = r.ReadSlice(delim)
    fmt.Println(string(line), err)
    line, err = r.ReadSlice(delim)
    fmt.Println(string(line), err)
}
运行结果如下:

C语言中文网, <nil>
Go语言入门教程 EOF
EOF

7) ReadString() 方法

ReadString() 方法的功能是读取数据直到分隔符“delim”第一次出现,并返回一个包含“delim”的字符串。如果 ReadString 在读取到“delim”前遇到错误,它返回已读字符串和那个错误(通常是 io.EOF)。只有当返回的字符串不以“delim”结尾时,ReadString 才返回非空 err。该方法原型如下:

func (b *Reader) ReadString(delim byte) (line string, err error)

其中,参数 delim 用于指定分割字节。示例代码如下:
package main

import (
    "bufio"
    "bytes"
    "fmt"
)

func main() {
    data := []byte("C语言中文网, Go语言入门教程")
    rd := bytes.NewReader(data)
    r := bufio.NewReader(rd)
    var delim byte = ','
    line, err := r.ReadString(delim)
    fmt.Println(line, err)
}
运行结果为:

C语言中文网, <nil>

8) UnreadByte() 方法

UnreadByte() 方法的功能是取消已读取的最后一个字节(即把字节重新放回读取缓冲区的前部)。只有最近一次读取的单个字节才能取消读取。该方法原型如下:

func (b *Reader) UnreadByte() error

9) UnreadRune() 方法

UnreadRune() 方法的功能是取消读取最后一次读取的 Unicode 字符。如果最后一次读取操作不是 ReadRune,UnreadRune 会返回一个错误(在这方面它比 UnreadByte 更严格,因为 UnreadByte 会取消上次任意读操作的最后一个字节)。该方法原型如下:

func (b *Reader) UnreadRune() error

10) Buffered() 方法

Buffered() 方法的功能是返回可从缓冲区读出数据的字节数, 示例代码如下:
package main

import (
    "bufio"
    "bytes"
    "fmt"
)

func main() {
    data := []byte("Go语言入门教程")
    rd := bytes.NewReader(data)
    r := bufio.NewReader(rd)
    var buf [14]byte
    n, err := r.Read(buf[:])
    fmt.Println(string(buf[:n]), n, err)
    rn := r.Buffered()
    fmt.Println(rn)
    n, err = r.Read(buf[:])
    fmt.Println(string(buf[:n]), n, err)
    rn = r.Buffered()
    fmt.Println(rn)
}
运行结果如下:

Go语言入门 14 <nil>
6
教程 6 <nil>
0

11) Peek() 方法

Peek() 方法的功能是读取指定字节数的数据,这些被读取的数据不会从缓冲区中清除。在下次读取之后,本次返回的字节切片会失效。如果 Peek 返回的字节数不足 n 字节,则会同时返回一个错误说明原因,如果 n 比缓冲区要大,则错误为 ErrBufferFull。该方法原型如下:

func (b *Reader) Peek(n int) ([]byte, error)

在方法 Peek() 中,参数 n 是希望读取的字节数。示例代码如下:
package main

import (
    "bufio"
    "bytes"
    "fmt"
)

func main() {
    data := []byte("Go语言入门教程")
    rd := bytes.NewReader(data)
    r := bufio.NewReader(rd)
    bl, err := r.Peek(8)
    fmt.Println(string(bl), err)
    bl, err = r.Peek(14)
    fmt.Println(string(bl), err)
    bl, err = r.Peek(20)
    fmt.Println(string(bl), err)
}
运行结果如下:

Go语言 <nil>
Go语言入门 <nil>
Go语言入门教程 <nil>

Writer 对象

Writer 对象可以对数据 I/O 接口 io.Writer 进行输出缓冲操作,Writer 结构定义如下:

type Writer struct {
    //contains filtered or unexported fields
}

默认情况下 Writer 对象没有定义初始值,如果输出缓冲过程中发生错误,则数据写入操作立刻被终止,后续的写操作都会返回写入异常错误。

创建 Writer 对象

创建 Writer 对象的函数共有两个分别是 NewWriter() 和 NewWriterSize(),下面分别介绍一下。

1) NewWriter() 函数

NewWriter() 函数的功能是按照默认缓冲区长度创建 Writer 对象,Writer 对象会将缓存的数据批量写入底层 io.Writer 接口。该函数原型如下:

func NewWriter(wr io.Writer) *Writer

其中,参数 wr 是 io.Writer 接口,Writer 对象会将数据写入该接口。

2) NewWriterSize() 函数

NewWriterSize() 函数的功能是按照指定的缓冲区长度创建 Writer 对象,Writer 对象会将缓存的数据批量写入底层 io.Writer 接口。该函数原型如下:

func NewWriterSize(wr io.Writer, size int) *Writer

其中,参数 wr 是 io.Writer 接口,参数 size 是指定的缓冲区字节长度。

操作 Writer 对象

操作 Writer 对象的方法共有 7 个,分别是 Available()、Buffered()、Flush()、Write()、WriteByte()、WriteRune() 和 WriteString() 方法,下面分别介绍。

1) Available() 方法

Available() 方法的功能是返回缓冲区中未使用的字节数,该方法原型如下:

func (b *Writer) Available() int

示例代码如下:
package main

import (
    "bufio"
    "bytes"
    "fmt"
)

func main() {
    wr := bytes.NewBuffer(nil)
    w := bufio.NewWriter(wr)
    p := []byte("C语言中文网")
    fmt.Println("写入前未使用的缓冲区为:", w.Available())
    w.Write(p)
    fmt.Printf("写入%q后,未使用的缓冲区为:%d\n", string(p), w.Available())
}
运行结果如下:

写入前未使用的缓冲区为: 4096
写入"C语言中文网"后,未使用的缓冲区为:4080

2) Buffered() 方法

Buffered() 方法的功能是返回已写入当前缓冲区中的字节数,该方法原型如下:

func (b *Writer) Buffered() int

示例代码如下:
package main

import (
    "bufio"
    "bytes"
    "fmt"
)

func main() {
    wr := bytes.NewBuffer(nil)
    w := bufio.NewWriter(wr)
    p := []byte("C语言中文网")
    fmt.Println("写入前未使用的缓冲区为:", w.Buffered())
    w.Write(p)
    fmt.Printf("写入%q后,未使用的缓冲区为:%d\n", string(p), w.Buffered())
    w.Flush()
    fmt.Println("执行 Flush 方法后,写入的字节数为:", w.Buffered())
}
该例测试结果为:

写入前未使用的缓冲区为: 0
写入"C语言中文网"后,未使用的缓冲区为:16
执行 Flush 方法后,写入的字节数为: 0

3) Flush() 方法

Flush() 方法的功能是把缓冲区中的数据写入底层的 io.Writer,并返回错误信息。如果成功写入,error 返回 nil,否则 error 返回错误原因。该方法原型如下:

func (b *Writer) Flush() error

示例代码如下:
package main

import (
    "bufio"
    "bytes"
    "fmt"
)

func main() {
    wr := bytes.NewBuffer(nil)
    w := bufio.NewWriter(wr)
    p := []byte("C语言中文网")
    w.Write(p)
    fmt.Printf("未执行 Flush 缓冲区输出 %q\n", string(wr.Bytes()))
    w.Flush()
    fmt.Printf("执行 Flush 后缓冲区输出 %q\n", string(wr.Bytes()))
}
运行结果如下:

未执行 Flush 缓冲区输出 ""
执行 Flush 后缓冲区输出 "C语言中文网"

4) Write() 方法

Write() 方法的功能是把字节切片 p 写入缓冲区,返回已写入的字节数 nn。如果 nn 小于 len(p),则同时返回一个错误原因。该方法原型如下:

func (b *Writer) Write(p []byte) (nn int, err error)

其中,参数 p 是要写入的字节切片。示例代码如下:
package main

import (
    "bufio"
    "bytes"
    "fmt"
)

func main() {
    wr := bytes.NewBuffer(nil)
    w := bufio.NewWriter(wr)
    p := []byte("C语言中文网")
    n, err := w.Write(p)
    w.Flush()
    fmt.Println(string(wr.Bytes()), n, err)
}
运行结果如下:

C语言中文网 16 <nil>

5) WriteByte() 方法

WriteByte() 方法的功能是写入一个字节,如果成功写入,error 返回 nil,否则 error 返回错误原因。该方法原型如下:

func (b *Writer) WriteByte(c byte) error

其中,参数 c 是要写入的字节数据,比如 ASCII 字符。示例代码如下:
package main

import (
    "bufio"
    "bytes"
    "fmt"
)

func main() {
    wr := bytes.NewBuffer(nil)
    w := bufio.NewWriter(wr)
    var c byte = 'G'
    err := w.WriteByte(c)
    w.Flush()
    fmt.Println(string(wr.Bytes()), err)
}
运行结果如下:

G <nil>

6) WriteRune() 方法

WriteRune() 方法的功能是以 UTF-8 编码写入一个 Unicode 字符,返回写入的字节数和错误信息。该方法原型如下:

func (b *Writer) WriteRune(r rune) (size int,err error)

其中,参数 r 是要写入的 Unicode 字符。示例代码如下:
package main

import (
    "bufio"
    "bytes"
    "fmt"
)

func main() {
    wr := bytes.NewBuffer(nil)
    w := bufio.NewWriter(wr)
    var r rune = 'G'
    size, err := w.WriteRune(r)
    w.Flush()
    fmt.Println(string(wr.Bytes()), size, err)
}
该例测试结果为:

G 1 <nil>

7) WriteString() 方法

WriteString() 方法的功能是写入一个字符串,并返回写入的字节数和错误信息。如果返回的字节数小于 len(s),则同时返回一个错误说明原因。该方法原型如下:

func (b *Writer) WriteString(s string) (int, error)

其中,参数 s 是要写入的字符串。示例代码如下:
package main

import (
    "bufio"
    "bytes"
    "fmt"
)

func main() {
    wr := bytes.NewBuffer(nil)
    w := bufio.NewWriter(wr)
    s := "C语言中文网"
    n, err := w.WriteString(s)
    w.Flush()
    fmt.Println(string(wr.Bytes()), n, err)
}
运行结果如下:

C语言中文网 16 <nil>

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