C語言實現輸入輸出流：網絡編程基礎組件設計

設計目標

實現類似 Java InputStream/OutputStream 的二進制數據流讀寫組件，支援基本類型（byte, int16, int32, float, double）、字串、原始數據塊的序列化與反序列化，適用於網絡協議封包/解包。

核心數據結構

輸出流結構

struct fs_output_stream {
    BYTE byte_order;      // 字節序：大端/小端
    BYTE *data;           // 動態緩衝區
    size_t pos;           // 當前寫入位置
    size_t buff_len;      // 緩衝區總容量
    fs_script_id script_id; // 腳本標識（擴展用）
};

輸入流結構

struct fs_input_stream {
    BYTE byte_order;
    BYTE *data;
    size_t pos;           // 當前讀取位置
    size_t len;           // 數據總長度
    fs_bool copy;         // 是否擁有數據所有權
    fs_script_id script_id;
};

關鍵功能實現

動態擴容寫入

void fs_stream_write_data(struct fs_output_stream* stream, BYTE* data, size_t len) {
    // 空間不足時雙倍擴容
    while (stream->pos + len > stream->buff_len) {
        void* new_data = fs_realloc(stream->data, stream->buff_len << 1);
        stream->data = (BYTE*)new_data;
        stream->buff_len <<= 1;
    }
    memcpy(stream->data + stream->pos, data, len);
    stream->pos += len;
}

所有具體類型寫入（write_uint32 等）均調用此基礎函數，通過 memcpy 實現類型無關的字節拷貝。

字節序處理

結構體保存 byte_order 字段，讀寫時可根據需要進行字節序轉換（代碼中宏 _stream_read 直接 memcpy，假設主機序與網絡序一致，實際項目需加入 htonl/ntohl 轉換）。

輸入流雙模式

• fs_create_input_stream：零拷貝模式，直接引用外部緩衝區，copy=false，釋放時不釋放數據。
• fs_create_input_stream_with_copy：深拷貝模式，內部分配記憶體複製數據，copy=true，釋放時連同數據一起釋放。

字串讀寫擴展

代碼中 fs_stream_read_string 返回 0 為佔位，實際實現需協議約定：

• 定長字串：直接讀取固定字節數
• 長度前綴：先讀長度（uint16/uint32），再讀內容
• 以 \0 結尾：逐字節讀取直到遇到 0

記憶體管理規範

• 使用自定義 fs_malloc/fs_free/fs_realloc 統一內存管理，便於替換內存池、檢測洩漏。
• fs_zero 宏確保結構體初始化為 0，避免未初始化字段導致未定義行為。
• 輸出流銷毀時釋放緩衝區與結構體本身；輸入流根據 copy 標誌決定是否釋放數據緩衝區。

應用場景

1. 網絡封包構建：協議頭 + 承載數據 → fs_output_stream 序列化 → 發送
2. 協議解析：接收數據 → fs_input_stream 反序列化 → 業務邏輯處理
3. 本地存儲：配置結構體 → 序列化寫入檔案 → 讀取反序列化還原

代碼亮點總結

• 介面設計清晰，職責單一，易於單元測試
• 動態擴容策略平衡效能與記憶體
• 支援零拷貝與深拷貝兩種模式，靈活適應不同場景
• 字節序字段預留跨平台擴展能力