1. mmap內(nèi)存映射文件

建立一個(gè)文件的內(nèi)存映射將使用操作系統(tǒng)虛擬內(nèi)存來(lái)直接訪問文件系統(tǒng)上的數(shù)據(jù)，而不是使用常規(guī)的I/O函數(shù)訪問數(shù)據(jù)。內(nèi)存映射通常可以提供I/O性能，因?yàn)槭褂脙?nèi)存映射是，不需要對(duì)每個(gè)訪問都建立一個(gè)單獨(dú)的系統(tǒng)調(diào)用，也不需要在緩沖區(qū)之間復(fù)制數(shù)據(jù)；實(shí)際上，內(nèi)核和用戶應(yīng)用都能直接訪問內(nèi)存。

內(nèi)存映射文件可以看作是可修改的字符串或類似文件的對(duì)象，這取決于具體的需要。映射文件支持一般的文件API方法，如close()、flush()、read()、readline()、seek()、tell()和write()。它還支持字符串API，提供分片等特性以及類似find()的方法。

下面的所有示例都會(huì)使用文本文件lorem.txt，其中包含一些Lorem Ipsum。為便于參考，下面的代碼清單給出這個(gè)文件的文本。

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1.1 讀文件

使用mmap()函數(shù)可以創(chuàng)建一個(gè)內(nèi)存映射文件。第一個(gè)參數(shù)是文件描述符，可能來(lái)自file對(duì)象的fileno()方法，也可能來(lái)自os.open()。調(diào)用者在調(diào)用mmap()之前負(fù)責(zé)打開文件，不再需要文件時(shí)要負(fù)責(zé)將其關(guān)閉。

mmap()的第二個(gè)參數(shù)是要映射的文件部分的大小(以字節(jié)為單位)。如果這個(gè)值為0，則映射整個(gè)文件。如果這個(gè)大小大于文件的當(dāng)前大小，則會(huì)擴(kuò)展該文件。

這兩個(gè)平臺(tái)都支持一個(gè)可選的關(guān)鍵字參數(shù)access。使用ACCESS_READ表示只讀訪問；ACCESS_WRITE表示“寫通過”(write-through)，即對(duì)內(nèi)存的賦值直接寫入文件；ACCESS_COPY表示“寫時(shí)復(fù)制”(copy-on-write)，對(duì)內(nèi)存的賦值不會(huì)寫至文件。

import mmap
with open('lorem.txt', 'r') as f:
  with mmap.mmap(f.fileno(), 0,
          access=mmap.ACCESS_READ) as m:
    print('First 10 bytes via read :', m.read(10))
    print('First 10 bytes via slice:', m[:10])
    print('2nd  10 bytes via read :', m.read(10))

文件指針會(huì)跟蹤通過一個(gè)分片操作訪問的最后一個(gè)字節(jié)。在這個(gè)例子中，第一次讀之后，指針向前移動(dòng)10個(gè)字節(jié)。然后由分片操作將指針重置回文件的起點(diǎn)位置，并由分片使指針再次向前移動(dòng)10個(gè)字節(jié)。分片操作之后，再調(diào)用read()會(huì)給出文件的11~20字節(jié)。

1.2 寫文件

要建立內(nèi)存映射文件來(lái)接收更新，映射之前首先要使用模式'r+'(而不是'w')打開文件以便完成追加。然后可以使用任何改變數(shù)據(jù)的API方法(例如write()或賦值到一個(gè)分片等)。

下面的例子使用了默認(rèn)訪問模式ACCESS_WRITE，并賦值到一個(gè)分片，以原地修改某一行的一部分。

import mmap
import shutil
# Copy the example file
shutil.copyfile('lorem.txt', 'lorem_copy.txt')
word = b'consectetuer'
reversed = word[::-1]
print('Looking for  :', word)
print('Replacing with :', reversed)
with open('lorem_copy.txt', 'r+') as f:
  with mmap.mmap(f.fileno(), 0) as m:
    print('Before:\n{}'.format(m.readline().rstrip()))
    m.seek(0) # rewind
    loc = m.find(word)
    m[loc:loc + len(word)] = reversed
    m.flush()
    m.seek(0) # rewind
    print('After :\n{}'.format(m.readline().rstrip()))
    f.seek(0) # rewind
    print('File :\n{}'.format(f.readline().rstrip()))

內(nèi)存的文件中第一行中間的單詞“consectetuer”將被替換。

使用訪問設(shè)置ACCESS_COPY時(shí)不會(huì)把修改寫入磁盤上的文件。

import mmap
import shutil
# Copy the example file
shutil.copyfile('lorem.txt', 'lorem_copy.txt')
word = b'consectetuer'
reversed = word[::-1]
with open('lorem_copy.txt', 'r+') as f:
  with mmap.mmap(f.fileno(), 0,
          access=mmap.ACCESS_COPY) as m:
    print('Memory Before:\n{}'.format(
      m.readline().rstrip()))
    print('File Before :\n{}\n'.format(
      f.readline().rstrip()))
    m.seek(0) # rewind
    loc = m.find(word)
    m[loc:loc + len(word)] = reversed
    m.seek(0) # rewind
    print('Memory After :\n{}'.format(
      m.readline().rstrip()))
    f.seek(0)
    print('File After  :\n{}'.format(
      f.readline().rstrip()))

在這個(gè)例子中，必須單獨(dú)的回轉(zhuǎn)文件句柄和mmap句柄，因?yàn)檫@兩個(gè)對(duì)象的內(nèi)部狀態(tài)會(huì)單獨(dú)維護(hù)。

1.3 正則表達(dá)式

由于內(nèi)存映射文件就類似于一個(gè)字符串，因此也常與其他處理字符串的模塊一起使用，如正則表達(dá)式。下面的例子會(huì)找出所有包含“nulla”的句子。

import mmap
import re
pattern = re.compile(rb'(\.\W+)?([^.]?nulla[^.]*?\.)',
           re.DOTALL | re.IGNORECASE | re.MULTILINE)
with open('lorem.txt', 'r') as f:
  with mmap.mmap(f.fileno(), 0,
          access=mmap.ACCESS_READ) as m:
    for match in pattern.findall(m):
      print(match[1].replace(b'\n', b' '))

由于這個(gè)模式包含兩個(gè)組，所以findall()的返回值是一個(gè)元組序列。print語(yǔ)句會(huì)找到匹配的句子，并用空格代替換行符，使各個(gè)結(jié)果都打印在同一行上。

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