浅谈.NET Framework中的Stream.Read方法-net,framework

Stream.Read 方法

当在派生类中重写时，从当前流读取字节序列，并将此流中的位置提升读取的字节数。

语法：

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

参数：

buffer: 字节数组。此方法返回时，该缓冲区包含指定的字符数组，该数组的 offset 和 (offset + count -1) 之间的值由从当前源中读取的字节替换。
offset: buffer 中的从零开始的字节偏移量，从此处开始存储从当前流中读取的数据。
count: 要从当前流中最多读取的字节数。
返回值：

读入缓冲区中的总字节数。如果当前可用的字节数没有请求的字节数那么多，则总字节数可能小于请求的字节数，或者如果已到达流的末尾，则为零 (0)。

备注：

此方法的实现从当前流中读取最多的 count 个字节，并将它们存储在从 offset 开始的 buffer 中。流中的当前位置提升已读取的字节数；但是，如果出现异常，流中的当前位置保持不变。实现返回已读取的字节数。仅当位置当前位于流的末尾时，返回值才为零。如果没有任何可用的数据，该实现将一直阻塞到至少有一个字节的数据可读为止。仅当流中不再有其他的数据，而且也不再需要更多的数据（如已关闭的套接字或文件尾）时，Read 才返回 0。即使尚未到达流的末尾，实现仍可以随意返回少于所请求的字节。

请注意上述的 MSDN 中的最后一句话。我们写一个程序来验证这一点：

using System;
using System.IO;
using Skyiv.Util;
namespace Skyiv.Ben.StreamTest
{
  sealed class Program
  {
    static void Main()
    {
      var bs = new byte[128 * 1024];
      var stream = new FtpClient("ftp://ftp.hp.com", "anonymous", "ben@skyiv.com").
        GetDownloadStream("pub/softpaq/allfiles.txt"); // 568,320 bytes
      var br = new BinaryReader(stream);
      Display("Expect", bs.Length);
      Display("Stream.Read", stream.Read(bs, 0, bs.Length));
      Display("BinaryReader.Read", br.Read(bs, 0, bs.Length));
      Display("BinaryReader.ReadBytes", br.ReadBytes(bs.Length).Length);
      Display("Stream.Readbytes", stream.ReadBytes(bs.Length).Length);
    }
    static void Display(string msg, int n)
    {
      Console.WriteLine("{0,22}: {1,7:N0}", msg, n);
    }
  }
}

将这个程序运行三次的结果如下：

                Expect: 131,072
           Stream.Read: 50,604
     BinaryReader.Read: 11,616
BinaryReader.ReadBytes: 131,072
      Stream.Readbytes: 131,072

                Expect: 131,072
           Stream.Read:   1,452
     BinaryReader.Read:   2,904
BinaryReader.ReadBytes: 131,072
      Stream.Readbytes: 131,072

                Expect: 131,072
           Stream.Read:   4,356
     BinaryReader.Read: 131,072
BinaryReader.ReadBytes: 131,072
      Stream.Readbytes: 131,072

可见，Stream.Read 方法和 BinaryReader.Read 方法在尚未到达流的末尾情况下可以返回少于所请求的字节。

通过使用 Reflector 来查看 BinaryReader.Read 方法的源程序代码，如下：

public virtual int Read(byte[] buffer, int index, int count)
{
  if (buffer == null)
  {
    throw new ArgumentNullException

("buffer", Environment.GetResourceString("ArgumentNull_Buffer"));
  }
  if (index < 0)
  {
    throw new ArgumentOutOfRangeException

("index", Environment.GetResourceString("ArgumentOutOfRange_NeedNonNegNum"));
  }
  if (count < 0)
  {
    throw new ArgumentOutOfRangeException

("count", Environment.GetResourceString("ArgumentOutOfRange_NeedNonNegNum"));
  }
  if ((buffer.Length - index) < count)
  {
    throw new ArgumentException

(Environment.GetResourceString("Argument_InvalidOffLen"));
  }
  if (this.m_stream == null)
  {
    __Error.FileNotOpen();
  }
  return this.m_stream.Read(buffer, index, count);
}

上述代码最后一行中 m_stream 的类型为 Stream，就是 BinaryReader 类的基础流。可见，BinaryReader.Read 方法在做一些必要的检查后就是简单地调用 Stream.Read 方法。

而 BinaryReader.ReadBytes 方法的源程序代码如下：

public virtual byte[] ReadBytes(int count)
{
  if (count < 0)
  {
    throw new ArgumentOutOfRangeException

("count", Environment.GetResourceString

       ("ArgumentOutOfRange_NeedNonNegNum"));
  }
  if (this.m_stream == null)
  {
    __Error.FileNotOpen();
  }
  byte[] buffer = new byte[count];
  int offset = 0;
  do
  {
    int num2 = this.m_stream.Read(buffer, offset, count);
    if (num2 == 0)
    {
      break;
    }
    offset += num2;
    count -= num2;
  }
  while (count > 0);
  if (offset != buffer.Length)
  {
    byte[] dst = new byte[offset];
    Buffer.InternalBlockCopy(buffer, 0, dst, 0, offset);
    buffer = dst;
  }
  return buffer;
}

从上述代码中可以看出，BinaryReader.ReadBytes 方法循环地调用 Stream.Read 方法，直到达到流的末尾，或者已经读取了 count 个字节。也就是说，如果没有到达流的末尾，该方法就一定会返回所请求的字节。

MSDN 文档中对这两个方法的描述：

BinaryReader.Read 方法：将 index 作为字节数组中的起始点，从流中读取 count 个字节。
BinaryReader.ReadBytes 方法：从当前流中将 count 个字节读入字节数组，并使当前位置提升 count 个字节。
上述两个方法的备注： BinaryReader 在读取失败后不还原文件位置。

也就是说，虽然 BinaryReader.Read 方法和 Stream.Read 方法一样在尚未到达流的末尾情况下可以返回少于所请求的字节，但是在 MSDN 文档中并没有指出这一点，我们写程序的时候要小心，避免掉入这个陷阱。

上述的测试程序中用到了 Stream.ReadBytes 方法，其实是一个扩展方法，源程序代码如下：

using System;
using System.IO;
namespace Skyiv.Util
{
  static class ExtensionMethods
  {
    public static byte[] ReadBytes(this Stream stream, int count)
    {
 if (count < 0) throw new ArgumentOutOfRangeException("count", "要求非负数");
      var bs = new byte[count];
      var offset = 0;
      for (int n = -1; n != 0 && count > 0; count -= n, offset += n) 
      n = stream.Read(bs, offset, count);
      if (offset != bs.Length) Array.Resize(ref bs, offset);
      return bs;
    }
  }
}

上述的测试程序中还使用了 FtpClient 类，可以参见我的另一篇随笔“如何直接处理FTP服务器上的压缩文件”，其源程序代码如下：

using System;
using System.IO;
using System.Net;
namespace Skyiv.Util
{
  sealed class FtpClient
  {
    Uri uri;
    string userName;
    string password;
    public FtpClient(string uri, string userName, string password)
    {
      this.uri = new Uri(uri);
      this.userName = userName;
      this.password = password;
    }
    public Stream GetDownloadStream(string sourceFile)
    {
      Uri downloadUri = new Uri(uri, sourceFile);
      if (downloadUri.Scheme != Uri.UriSchemeFtp) 
      throw new ArgumentException("URI is not an FTP site");
   FtpWebRequest ftpRequest = (FtpWebRequest)WebRequest.Create(downloadUri);
      ftpRequest.Credentials = new NetworkCredential(userName, password);
      ftpRequest.Method = WebRequestMethods.Ftp.DownloadFile;
      return ((FtpWebResponse)ftpRequest.GetResponse()).GetResponseStream();
    }
  }
}

我在上一篇随笔“【算法】利用有限自动机进行字符串匹配”中给出了一道思考题如下：

上面的第二个 C# 程序中有一个 bug，但是这个 bug 在绝大多数情况下都不会表现出来。所以这个程序能够 Accepted。

亲爱的读者，你能够找出这个 bug 吗？

提示，这个 bug 和字符串匹配算法无关，并且第一个 C# 程序中不存在这个 bug 。

上述思考题中的第二个 C# 程序的 Main 方法如下所示：

static void Main()
{
  var s = new byte[10000000 + 2 * 1000 + 100];
  int i = 0, n = Console.OpenStandardInput().Read(s, 0, s.Length);
  while (s[i++] != '\n') ;
  for (int c, q = 0; i < n; q = 0)
  {
    while ((c = s[i++]) != '\n')

    if (q < 99 && c != '\r') q = delta[q, Array.IndexOf(a, c) + 1];

Console.WriteLine((q < 4) ? "YES" : "NO");
  }
}

这个 bug 至今还没有人找到。实际上，该方法的头两个语句应改为：

var s = new BinaryReader

(Console.OpenStandardInput()).ReadBytes(10000000 + 2 * 1000 + 100);
int i = 0, n = s.Length;

这是因为 Steam.Read 方法在尚未到达流的末尾情况下可以返回少于所请求的字节，这有可能导致只读取了部分输入而产生 bug 。

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