0. 前言

在之前的章節中，大致介紹了C#中的一些基本概念。這篇我們將介紹一下C#的I/O操作，這將也是一個小連續劇。這是第一集，我們先來簡單瞭解一下C#中的I/O框架。

1. 什麼是I/O

I/O 的全稱是input/output，翻譯過來就是輸入/輸出。對於一個系統或者電腦來說，鍵盤、U盤、網路介面、顯示器、音響、攝像頭等都是IO設備。那麼，對於一個程式I/O又是什麼呢？

對於程式而言，I/O就是與外界進行數據交換的方式。借用一句廣告詞，程式不生產數據，只是數據的搬用工。當然，正如XX還需要對水進行過濾、消毒等工序一樣，程式也要對數據進行運算，所以也不完全算是搬用工，嚴格來講是加工廠。那麼，I/O就是工廠的原料提供商和成品銷售商。

在C# 中，I/O體系整體分為三個部分，後臺存儲流、裝飾器流、流適配器，具體劃分如下圖所示：

在流與流之間，都是採用位元組數據進行交換，所以可以得到一個簡單的結論，I/O在程式中表現為位元組流，換句話說I/O就是將各種數據轉成位元組的工具。

3. Stream 基類

C#中，所有流都是繼承自Stream類，Stream類定義了流應該具有的行為和屬性，使得開發人員可以忽略底層的操作系統和基礎設備的具體細節。C#對流的處理忽略了讀流和寫流的區別，使其更像是一個管道，方便數據通信。流涉及到三個基本操作：

• 讀取 - 將數據從流中傳輸到數據結構中
• 寫入 - 將數據從數據源寫入流中
• 查找 - 對流中操作的當前位置進行查找和修改

因為流的特性，可能並不是所有的流都支持這三種操作，所以Stream提供了三個屬性，以方便確認流是否支持這三種操作：

public abstract bool CanRead { get; } // 獲取指示當前流是否支持讀取的值
public abstract bool CanWrite { get; } // 獲取指示當前流是否支持寫入功能的值
public abstract bool CanSeek { get; } // 獲取指示當前流是否支持查找功能的值

以上這三個屬性均由子類根據自身特性確認是否支持讀取、寫入、查找，可能三個屬性不會都為true，但絕對不會都為false。

下麵是一些常見的流：

• FileStream 用來操作文件的流
• MemoryStream 操作記憶體的流
• BufferedStream 緩存流，用來增強其他流的操作性能
• NetworkStream 使用網路套接字進行操作的流
• PipeStream 通過匿名和命名管道進行讀取和寫入
• CryptoStream 用於將數據流鏈接到加密轉換

4. 操作

C# 中I/O的操作都屬於System.IO這個命名空間，在這個命名空間中C# 定義了文件相關的類、各種流、裝飾器流、適配器以及其他一些相關的結構體。在以System.IO開頭的命名空間中，C#對IO進一步擴展，並提供了流壓縮和解壓縮（System.IO.Compression），搜索和枚舉文件系統元素（System.IO.Enumeration），提供用於使用記憶體映射文件的類（System.IO.MemoryMappedFiles）等內容。

我們先略過之後篇幅會介紹的內容不提，先來看一下Stream類里重要的屬性和方法：

1. 流里數據的長度

public abstract long Length { get; }

當Stream對象的CanSeek為true時，也就是流支持搜索的時候，可以通過這個屬性確認流的長度，也就是有多少個位元組的數據。

2. 流的位置

public abstract long Position { get; set; }

同長度的前提條件一致，當Stream對象支持搜索的時候，可以通過該屬性確認流的位置或者修改流的位置。

3. 讀取流里的數據

public abstract int Read (byte[] buffer, int offset, int count);
public virtual int ReadByte ();

這是兩種不同的讀取方式，第一種是每次讀取多個位元組的數據，第二個是每次只讀一個位元組的數據。這裡來細細講解一下區別：

public abstract int Read (byte[] buffer, int offset, int count);

表示流每次最多讀取count個位元組的數據，然後將數據放到buffer中，位置從下標為offset開始，並返回實際讀取的位元組數，如果流已經讀完了，則返回0。這個過程中，Position會後移實際讀取長度，如果流支持搜索，程式中可以調用這個屬性。

所以這裡就有會這樣的一個限制：offset + count <= buffer.Length，換句話說，偏移量 + 最大讀取數目不能大於緩存數組的長度。

因為這個方法返回一個實際讀取長度，可能有人會這樣判斷是否讀完：根據返回的結果與count比，如果返回的長度小於count則認為流已經讀完；否則流還沒讀完。

有一些流可能會達成這樣的效果，但是很多流並不能以此為依據來判斷流是否讀完，也許某一次讀取長度小於count，然後再讀一次發現又有數據了。這是因為IO在系統中屬於高耗時操作，大部分情況下IO的性能和程式的運算速度相差甚遠。所以經常會出現這樣的情景：流的長度是100，給了長度為100的緩存位元組數組，然後第一次讀取了10個位元組，第二次讀取了5個位元組，這樣一點一點的把這100個位元組讀取到。

所以，必須以返回值為0作為流的讀完判斷依據。

public virtual int ReadByte ();

這個方法很簡單，每次從流里讀取一個位元組的數據，如果讀取完成返回-1。可能有人會疑惑了，這個方法明明是讀取一個位元組，也就是個byte，那為什麼返回類型是int呢？很簡單，因為byte沒有負數，而int有。所以，當返回值不等於-1的時候，可以放心的類型轉換為byte。

4. 把數據寫入流

public abstract void Write (byte[] buffer, int offset, int count);
public virtual void WriteByte (byte value);

流的寫入與讀取相比就簡單多了，至少我們不用判斷流的位置。現在簡單分析一下：

public abstract void Write (byte[] buffer, int offset, int count);

表示從buffer的offset下標開始，取count個位元組寫入流里。所以，對offset、count的限制依舊，和不能大於數組的長度。寫入成功，流的位置會移動,否則將保持現有位置。

public virtual void WriteByte (byte value);

這個方法就更簡單了，直接寫一個位元組給流。

5. 關閉或銷毀流

流在操作完成之後，需要將其關閉以釋放流所持有的文件或IO設備等資源。很多人在使用電腦的時候，不能用QQ發送在本地已經打開的excel文件，它會提示文件被占用無法傳輸。這就是因為Excel打開了這個文件，就持有一個文件相關的流，所以QQ無法發送。解決辦法很簡單，關掉excel軟體即可。回到當前，也就是我們在使用完成之後必須關閉流。

那麼我們該如何關閉流呢？調用以下方法：

public virtual void Close ();

C#雖然設置了Close方法，但是並不支持開發者在編寫程式的時候手動調用Close方法，更推薦使用：

public void Dispose ();

這個方法會將釋放流所持有使用的資源，並關閉流。

當前需要註意的一個地方是，在把流關閉或釋放之前把流里的數據推送到基礎設備，即調用：

public abstract void Flush ();

有一些流設置了自動推送功能，如果遇到這種流則不需要手動調用該方法。

對於流來說，一旦銷毀或關閉，這個流就無法二次使用了，所以調用了Close、Dispose之後再次嘗試讀取/寫入流都會報錯

5. 本篇總結以及下篇預告

本篇內容大概介紹了一下C#的IO體系以及一些基本操作，下一篇將介紹如何操作文件。

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