C#（99）：文件读写（三）利用文件流FileStream、内存流MemoryStream操作底层字节数组byte[]

一、Stream类概述

在.NET Framework中，文件和流是有区别的。

文件是存储在磁盘上的数据集，它具有名称和相应的路径。当打开一个文件并对其进行读/写时，该文件就称为流（stream）。

但是，流不仅仅是指打开的磁盘文件，还可以是网络数据。.Net Framework允许在内存中创建流。此外，在控制台应用程序中，键盘输入和文本显示都是流。 

1. Stream类

Stream类是所有流的抽象基类。

Stream类的主要属性有CanRead、CanWrite（是否支持读取写入）、CanSeek（是否支持查找）、CanTimeout（是否可以超时）、Length（流的长度）、Position（获取或设置当前流中的位置）、ReadTimeout/WriteTimeout（获取或设置读、写操作的超时时间）

Stream类的主要方法有BeginRead/EndRead（开始结束异步读操作），BeginWrite/EndWrite（开始结束异步写操作）、Read（读取字节序列）、ReadByte（读取一个字节）、Seek（设置查找位置）、Write（写入字节序列）、WriteByte（写入一个字节）、 Flush（清除流的所有缓冲区并把缓冲数据写入基础设备）、Close（关闭当前流）。

2. FileStream、MemoryStream、BufferedStream和NetworkStream

1. 文件流类FileStream：以流的形式读、写、打开、关闭文件。另外，它还可以用来操作诸如：管道、标准输入/输出等其他与文件相关的操作系统句柄。
2. 内存流MemoryStream类：用来在内存中创建流，以暂时保持数据，因此有了它就无须在硬盘上创建临时文件。它将数据封装为无符号的字节序列，可以直接进行读、写、查找操作。
3. 缓冲流BufferedStream类：表示把流先添加到缓冲区，再进行数据的读/写操作。缓冲区是存储区中用来缓存数据的字节块。使用缓冲区可以减少访问数据时对操作系统的调用次数，增强系统的读/写功能。
4. 网络流NetworkStream类：为网络访问提供数据的基础流。

注意，FileStream类也有缓冲功能，在创建FileStream类的实例时，只需要指定缓冲区的大小即可。

二、文件流类 FileStream

文件流类FileStream公开了以文件为主的Stream，既支持同步读/写操作，也支持异步读/写操作。

FileStream类的特点是操作字节和字节数组。这种方式不适合操作用字符数据构成的文本文件，适合处理非文本文件。

FileStream类提供了对文件的低级而复杂的操作，因此能够实现更多高级的功能。

1、读文件

Read,ReadByte()

//创建d:\file.txt的FileStream对象
FileStream fstream = new FileStream(@"d:\file.txt", FileMode.OpenOrCreate);
byte[] bData = new byte[fstream.Length];
//设置流当前位置为文件开始位置
fstream.Seek(0, SeekOrigin.Begin);

//将文件的内容存到字节数组中（缓存）
fstream.Read(bData, 0, bData.Length);
string result = Encoding.UTF8.GetString(bData);
Console.WriteLine(result);
if (fstream != null)
{
    //清除此流的缓冲区，使得所有缓冲的数据都写入到文件中
    fstream.Flush();
    fstream.Close();
}

将字节数组转成字符串显示以外，字节数组还可以

//1、显示成图片
MemoryStream mstream = new MemoryStream(bData);
Image img = Image.FromStream(mstream);

 //2、作为值存储到数据库
SqlCommand comm = new SqlCommand();
comm.Parameters.Add("images", SqlDbType.Image).Value = bData;

 //3、写入文件
File.WriteAllBytes("c:\aa.txt", bData);
FileStream fstream = new FileStream("c:\aa.txt");
fstream.Write(bData, 0, bData.Length);

2、分块读文件

int bufferSize = 5;
//创建d:\file.txt的FileStream对象
FileStream fstream = new FileStream(@"d:\file.txt", FileMode.OpenOrCreate, FileAccess.Read, FileShare.Read, bufferSize, false);//false表示同步读
byte[] bData = new byte[bufferSize];
//设置流当前位置为文件开始位置
fstream.Seek(0, SeekOrigin.Begin);
int bytesRead;
do
{
    //将文件的内容存到字节数组中（缓存）
    bytesRead = fstream.Read(bData, 0, bData.Length);
    string result = Encoding.UTF8.GetString(bData, 0, bytesRead);
    Console.WriteLine(result);
} while (bytesRead > 0);

if (fstream != null)
{
    //清除此流的缓冲区，使得所有缓冲的数据都写入到文件中
    fstream.Flush();
    fstream.Close();
}

3、异步读文件

ManualResetEvent mEvent = new ManualResetEvent(false);
int bufferSize = 5;
byte[] bData = new byte[bufferSize];
FileStream fstream = new FileStream(@"d:\file.txt", FileMode.OpenOrCreate, FileAccess.Read, FileShare.Read, bufferSize, true);//false表示异步读

AsyncCallback callback = null;

callback = (IAsyncResult ar) => 
  {
      int bytesRead = fstream.EndRead(ar);
      Console.WriteLine(Encoding.UTF8.GetString(bData, 0, bytesRead));
      if (bytesRead > 0)
      {
          fstream.BeginRead(bData, 0, bufferSize, callback, null);//继续读
      }
      else
      {
          fstream.Close();
          mEvent.Set();//读取完毕，发送信号
      }
  };

IAsyncResult async = fstream.BeginRead(bData, 0, bufferSize, callback, null);
mEvent.WaitOne(5000, false);
Console.WriteLine("读取完成");

备注：IAsyncResult 接口的成员

AsyncState 获取一个用户定义的对象，该对象限定或包含有关异步操作的信息。

AsyncWaitHandle 获取用于等待异步操作完成的 WaitHandle。

CompletedSynchronously 获取一个值，该值指示异步操作是否同步完成。

IsCompleted 获取一个值，该值指示异步操作是否已完成。

4、写文件

Write，WriteByte(Byte)

//创建d:\file.txt的FileStream对象
FileStream fstream = new FileStream(@"d:\file.txt", FileMode.OpenOrCreate);
byte[] bData = Encoding.UTF8.GetBytes("test filestream");
//设置流当前位置为文件开始位置
fstream.Seek(0, SeekOrigin.Begin);

//将字节数组中的内容写入文件
fstream.Write(bData, 0, bData.Length);
if (fstream != null)
{
    //清除此流的缓冲区，使得所有缓冲的数据都写入到文件中
    fstream.Flush();
    fstream.Close();
}

三、内存流MemoryStream类

内存流相对字节数组而言，具有流特有的特性，并且容量可自动增长。

在数据加密以及对长度不定的数据进行缓存等场合，使用内存流比较方便。

下面的代码示例演示如何读取和写入将内存用作后备存储的数据。

int count;
UnicodeEncoding uniEncoding = new UnicodeEncoding();

//创建要写入流的数据 

byte[] firstString = uniEncoding.GetBytes("Invalid file path characters are: ");
byte[] secondString = uniEncoding.GetBytes(Path.GetInvalidPathChars());

using (MemoryStream memStream = new MemoryStream(100))
{
    // 将第一个字符串写入流.
    memStream.Write(firstString, 0, firstString.Length);

    // 将第二个字符串按字节写入流.
    count = 0;
    while (count < secondString.Length)
    {
        memStream.WriteByte(secondString[count++]);
    }

    // 将流属性写入控制台.
    Console.WriteLine("Capacity = {0}, Length = {1}, Position = {2}\n", memStream.Capacity.ToString(), memStream.Length.ToString(), memStream.Position.ToString());

    // 将位置设置为流的开始.
    memStream.Seek(0, SeekOrigin.Begin);

    // 从流中读取前20个字节.
    byte[] byteArray = new byte[memStream.Length];
    count = memStream.Read(byteArray, 0, 20);

    // 一个字节一个字节地读取剩下的字节.
    while (count < memStream.Length)
    {
        byteArray[count++] = Convert.ToByte(memStream.ReadByte());
    }

    // 将字节数组解码为char数组并将其写入控制台.
    char[] charArray = new char[uniEncoding.GetCharCount(byteArray, 0, count)];
    uniEncoding.GetDecoder().GetChars(byteArray, 0, count, charArray, 0);
    Console.WriteLine(charArray);
}

1、ToArray()与GetBuffer()的区别：

//将流中的数据复制到一个byte[]中，速度比GetBuffer（）稍慢，但不会将无用的空数据放入buffer中。 
byte[] byteArray = memStream.ToArray();

//把流中的Buffer的引用传递出来，速度较快，Buffer的大小有流的Capacity决定的，但会传无用的空数据。
byte[] byteArray = memStream.GetBuffer();