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[rust.git] / src / libstd / io / buffered.rs
1 // Copyright 2013 The Rust Project Developers. See the COPYRIGHT
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5 // Licensed under the Apache License, Version 2.0 <LICENSE-APACHE or
6 // http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0> or the MIT license
7 // <LICENSE-MIT or http://opensource.org/licenses/MIT>, at your
8 // option. This file may not be copied, modified, or distributed
9 // except according to those terms.
10 //
11 // ignore-lexer-test FIXME #15883
12
13 //! Buffering wrappers for I/O traits
14
15 use cmp;
16 use io::{Reader, Writer, Stream, Buffer, DEFAULT_BUF_SIZE, IoResult};
17 use iter::{IteratorExt, ExactSizeIterator};
18 use ops::Drop;
19 use option::Option;
20 use option::Option::{Some, None};
21 use result::Result::Ok;
22 use slice::{SliceExt};
23 use slice;
24 use vec::Vec;
25
26 /// Wraps a Reader and buffers input from it
27 ///
28 /// It can be excessively inefficient to work directly with a `Reader`. For
29 /// example, every call to `read` on `TcpStream` results in a system call. A
30 /// `BufferedReader` performs large, infrequent reads on the underlying
31 /// `Reader` and maintains an in-memory buffer of the results.
32 ///
33 /// # Example
34 ///
35 /// ```rust
36 /// use std::io::{BufferedReader, File};
37 ///
38 /// let file = File::open(&Path::new("message.txt"));
39 /// let mut reader = BufferedReader::new(file);
40 ///
41 /// let mut buf = [0; 100];
42 /// match reader.read(&mut buf) {
43 ///     Ok(nread) => println!("Read {} bytes", nread),
44 ///     Err(e) => println!("error reading: {}", e)
45 /// }
46 /// ```
47 pub struct BufferedReader<R> {
48     inner: R,
49     buf: Vec<u8>,
50     pos: uint,
51     cap: uint,
52 }
53
54 impl<R: Reader> BufferedReader<R> {
55     /// Creates a new `BufferedReader` with the specified buffer capacity
56     pub fn with_capacity(cap: uint, inner: R) -> BufferedReader<R> {
57         // It's *much* faster to create an uninitialized buffer than it is to
58         // fill everything in with 0. This buffer is entirely an implementation
59         // detail and is never exposed, so we're safe to not initialize
60         // everything up-front. This allows creation of BufferedReader instances
61         // to be very cheap (large mallocs are not nearly as expensive as large
62         // callocs).
63         let mut buf = Vec::with_capacity(cap);
64         unsafe { buf.set_len(cap); }
65         BufferedReader {
66             inner: inner,
67             buf: buf,
68             pos: 0,
69             cap: 0,
70         }
71     }
72
73     /// Creates a new `BufferedReader` with a default buffer capacity
74     pub fn new(inner: R) -> BufferedReader<R> {
75         BufferedReader::with_capacity(DEFAULT_BUF_SIZE, inner)
76     }
77
78     /// Gets a reference to the underlying reader.
79     pub fn get_ref<'a>(&self) -> &R { &self.inner }
80
81     /// Gets a mutable reference to the underlying reader.
82     ///
83     /// # Warning
84     ///
85     /// It is inadvisable to directly read from the underlying reader.
86     pub fn get_mut(&mut self) -> &mut R { &mut self.inner }
87
88     /// Unwraps this `BufferedReader`, returning the underlying reader.
89     ///
90     /// Note that any leftover data in the internal buffer is lost.
91     pub fn into_inner(self) -> R { self.inner }
92 }
93
94 impl<R: Reader> Buffer for BufferedReader<R> {
95     fn fill_buf<'a>(&'a mut self) -> IoResult<&'a [u8]> {
96         if self.pos == self.cap {
97             self.cap = try!(self.inner.read(self.buf.as_mut_slice()));
98             self.pos = 0;
99         }
100         Ok(&self.buf[self.pos..self.cap])
101     }
102
103     fn consume(&mut self, amt: uint) {
104         self.pos += amt;
105         assert!(self.pos <= self.cap);
106     }
107 }
108
109 impl<R: Reader> Reader for BufferedReader<R> {
110     fn read(&mut self, buf: &mut [u8]) -> IoResult<uint> {
111         if self.pos == self.cap && buf.len() >= self.buf.capacity() {
112             return self.inner.read(buf);
113         }
114         let nread = {
115             let available = try!(self.fill_buf());
116             let nread = cmp::min(available.len(), buf.len());
117             slice::bytes::copy_memory(buf, &available[0..nread]);
118             nread
119         };
120         self.pos += nread;
121         Ok(nread)
122     }
123 }
124
125 /// Wraps a Writer and buffers output to it
126 ///
127 /// It can be excessively inefficient to work directly with a `Writer`. For
128 /// example, every call to `write` on `TcpStream` results in a system call. A
129 /// `BufferedWriter` keeps an in memory buffer of data and writes it to the
130 /// underlying `Writer` in large, infrequent batches.
131 ///
132 /// This writer will be flushed when it is dropped.
133 ///
134 /// # Example
135 ///
136 /// ```rust
137 /// use std::io::{BufferedWriter, File};
138 ///
139 /// let file = File::create(&Path::new("message.txt")).unwrap();
140 /// let mut writer = BufferedWriter::new(file);
141 ///
142 /// writer.write_str("hello, world").unwrap();
143 /// writer.flush().unwrap();
144 /// ```
145 pub struct BufferedWriter<W> {
146     inner: Option<W>,
147     buf: Vec<u8>,
148     pos: uint
149 }
150
151 impl<W: Writer> BufferedWriter<W> {
152     /// Creates a new `BufferedWriter` with the specified buffer capacity
153     pub fn with_capacity(cap: uint, inner: W) -> BufferedWriter<W> {
154         // See comments in BufferedReader for why this uses unsafe code.
155         let mut buf = Vec::with_capacity(cap);
156         unsafe { buf.set_len(cap); }
157         BufferedWriter {
158             inner: Some(inner),
159             buf: buf,
160             pos: 0
161         }
162     }
163
164     /// Creates a new `BufferedWriter` with a default buffer capacity
165     pub fn new(inner: W) -> BufferedWriter<W> {
166         BufferedWriter::with_capacity(DEFAULT_BUF_SIZE, inner)
167     }
168
169     fn flush_buf(&mut self) -> IoResult<()> {
170         if self.pos != 0 {
171             let ret = self.inner.as_mut().unwrap().write(&self.buf[0..self.pos]);
172             self.pos = 0;
173             ret
174         } else {
175             Ok(())
176         }
177     }
178
179     /// Gets a reference to the underlying writer.
180     pub fn get_ref(&self) -> &W { self.inner.as_ref().unwrap() }
181
182     /// Gets a mutable reference to the underlying write.
183     ///
184     /// # Warning
185     ///
186     /// It is inadvisable to directly read from the underlying writer.
187     pub fn get_mut(&mut self) -> &mut W { self.inner.as_mut().unwrap() }
188
189     /// Unwraps this `BufferedWriter`, returning the underlying writer.
190     ///
191     /// The buffer is flushed before returning the writer.
192     pub fn into_inner(mut self) -> W {
193         // FIXME(#12628): is panicking the right thing to do if flushing panicks?
194         self.flush_buf().unwrap();
195         self.inner.take().unwrap()
196     }
197 }
198
199 impl<W: Writer> Writer for BufferedWriter<W> {
200     fn write(&mut self, buf: &[u8]) -> IoResult<()> {
201         if self.pos + buf.len() > self.buf.len() {
202             try!(self.flush_buf());
203         }
204
205         if buf.len() > self.buf.len() {
206             self.inner.as_mut().unwrap().write(buf)
207         } else {
208             let dst = self.buf.slice_from_mut(self.pos);
209             slice::bytes::copy_memory(dst, buf);
210             self.pos += buf.len();
211             Ok(())
212         }
213     }
214
215     fn flush(&mut self) -> IoResult<()> {
216         self.flush_buf().and_then(|()| self.inner.as_mut().unwrap().flush())
217     }
218 }
219
220 #[unsafe_destructor]
221 impl<W: Writer> Drop for BufferedWriter<W> {
222     fn drop(&mut self) {
223         if self.inner.is_some() {
224             // dtors should not panic, so we ignore a panicked flush
225             let _ = self.flush_buf();
226         }
227     }
228 }
229
230 /// Wraps a Writer and buffers output to it, flushing whenever a newline (`0x0a`,
231 /// `'\n'`) is detected.
232 ///
233 /// This writer will be flushed when it is dropped.
234 pub struct LineBufferedWriter<W> {
235     inner: BufferedWriter<W>,
236 }
237
238 impl<W: Writer> LineBufferedWriter<W> {
239     /// Creates a new `LineBufferedWriter`
240     pub fn new(inner: W) -> LineBufferedWriter<W> {
241         // Lines typically aren't that long, don't use a giant buffer
242         LineBufferedWriter {
243             inner: BufferedWriter::with_capacity(1024, inner)
244         }
245     }
246
247     /// Gets a reference to the underlying writer.
248     ///
249     /// This type does not expose the ability to get a mutable reference to the
250     /// underlying reader because that could possibly corrupt the buffer.
251     pub fn get_ref<'a>(&'a self) -> &'a W { self.inner.get_ref() }
252
253     /// Unwraps this `LineBufferedWriter`, returning the underlying writer.
254     ///
255     /// The internal buffer is flushed before returning the writer.
256     pub fn into_inner(self) -> W { self.inner.into_inner() }
257 }
258
259 impl<W: Writer> Writer for LineBufferedWriter<W> {
260     fn write(&mut self, buf: &[u8]) -> IoResult<()> {
261         match buf.iter().rposition(|&b| b == b'\n') {
262             Some(i) => {
263                 try!(self.inner.write(&buf[0..(i + 1)]));
264                 try!(self.inner.flush());
265                 try!(self.inner.write(&buf[(i + 1)..]));
266                 Ok(())
267             }
268             None => self.inner.write(buf),
269         }
270     }
271
272     fn flush(&mut self) -> IoResult<()> { self.inner.flush() }
273 }
274
275 struct InternalBufferedWriter<W>(BufferedWriter<W>);
276
277 impl<W> InternalBufferedWriter<W> {
278     fn get_mut<'a>(&'a mut self) -> &'a mut BufferedWriter<W> {
279         let InternalBufferedWriter(ref mut w) = *self;
280         return w;
281     }
282 }
283
284 impl<W: Reader> Reader for InternalBufferedWriter<W> {
285     fn read(&mut self, buf: &mut [u8]) -> IoResult<uint> {
286         self.get_mut().inner.as_mut().unwrap().read(buf)
287     }
288 }
289
290 /// Wraps a Stream and buffers input and output to and from it.
291 ///
292 /// It can be excessively inefficient to work directly with a `Stream`. For
293 /// example, every call to `read` or `write` on `TcpStream` results in a system
294 /// call. A `BufferedStream` keeps in memory buffers of data, making large,
295 /// infrequent calls to `read` and `write` on the underlying `Stream`.
296 ///
297 /// The output half will be flushed when this stream is dropped.
298 ///
299 /// # Example
300 ///
301 /// ```rust
302 /// # #![allow(unused_must_use)]
303 /// use std::io::{BufferedStream, File};
304 ///
305 /// let file = File::open(&Path::new("message.txt"));
306 /// let mut stream = BufferedStream::new(file);
307 ///
308 /// stream.write("hello, world".as_bytes());
309 /// stream.flush();
310 ///
311 /// let mut buf = [0; 100];
312 /// match stream.read(&mut buf) {
313 ///     Ok(nread) => println!("Read {} bytes", nread),
314 ///     Err(e) => println!("error reading: {}", e)
315 /// }
316 /// ```
317 pub struct BufferedStream<S> {
318     inner: BufferedReader<InternalBufferedWriter<S>>
319 }
320
321 impl<S: Stream> BufferedStream<S> {
322     /// Creates a new buffered stream with explicitly listed capacities for the
323     /// reader/writer buffer.
324     pub fn with_capacities(reader_cap: uint, writer_cap: uint, inner: S)
325                            -> BufferedStream<S> {
326         let writer = BufferedWriter::with_capacity(writer_cap, inner);
327         let internal_writer = InternalBufferedWriter(writer);
328         let reader = BufferedReader::with_capacity(reader_cap,
329                                                    internal_writer);
330         BufferedStream { inner: reader }
331     }
332
333     /// Creates a new buffered stream with the default reader/writer buffer
334     /// capacities.
335     pub fn new(inner: S) -> BufferedStream<S> {
336         BufferedStream::with_capacities(DEFAULT_BUF_SIZE, DEFAULT_BUF_SIZE,
337                                         inner)
338     }
339
340     /// Gets a reference to the underlying stream.
341     pub fn get_ref(&self) -> &S {
342         let InternalBufferedWriter(ref w) = self.inner.inner;
343         w.get_ref()
344     }
345
346     /// Gets a mutable reference to the underlying stream.
347     ///
348     /// # Warning
349     ///
350     /// It is inadvisable to read directly from or write directly to the
351     /// underlying stream.
352     pub fn get_mut(&mut self) -> &mut S {
353         let InternalBufferedWriter(ref mut w) = self.inner.inner;
354         w.get_mut()
355     }
356
357     /// Unwraps this `BufferedStream`, returning the underlying stream.
358     ///
359     /// The internal buffer is flushed before returning the stream. Any leftover
360     /// data in the read buffer is lost.
361     pub fn into_inner(self) -> S {
362         let InternalBufferedWriter(w) = self.inner.inner;
363         w.into_inner()
364     }
365 }
366
367 impl<S: Stream> Buffer for BufferedStream<S> {
368     fn fill_buf<'a>(&'a mut self) -> IoResult<&'a [u8]> { self.inner.fill_buf() }
369     fn consume(&mut self, amt: uint) { self.inner.consume(amt) }
370 }
371
372 impl<S: Stream> Reader for BufferedStream<S> {
373     fn read(&mut self, buf: &mut [u8]) -> IoResult<uint> {
374         self.inner.read(buf)
375     }
376 }
377
378 impl<S: Stream> Writer for BufferedStream<S> {
379     fn write(&mut self, buf: &[u8]) -> IoResult<()> {
380         self.inner.inner.get_mut().write(buf)
381     }
382     fn flush(&mut self) -> IoResult<()> {
383         self.inner.inner.get_mut().flush()
384     }
385 }
386
387 #[cfg(test)]
388 mod test {
389     extern crate test;
390     use io;
391     use prelude::v1::*;
392     use super::*;
393     use super::super::{IoResult, EndOfFile};
394     use super::super::mem::MemReader;
395     use self::test::Bencher;
396
397     /// A type, free to create, primarily intended for benchmarking creation of
398     /// wrappers that, just for construction, don't need a Reader/Writer that
399     /// does anything useful. Is equivalent to `/dev/null` in semantics.
400     #[derive(Clone,PartialEq,PartialOrd)]
401     pub struct NullStream;
402
403     impl Reader for NullStream {
404         fn read(&mut self, _: &mut [u8]) -> io::IoResult<uint> {
405             Err(io::standard_error(io::EndOfFile))
406         }
407     }
408
409     impl Writer for NullStream {
410         fn write(&mut self, _: &[u8]) -> io::IoResult<()> { Ok(()) }
411     }
412
413     /// A dummy reader intended at testing short-reads propagation.
414     pub struct ShortReader {
415         lengths: Vec<uint>,
416     }
417
418     impl Reader for ShortReader {
419         fn read(&mut self, _: &mut [u8]) -> io::IoResult<uint> {
420             if self.lengths.is_empty() {
421                 Err(io::standard_error(io::EndOfFile))
422             } else {
423                 Ok(self.lengths.remove(0))
424             }
425         }
426     }
427
428     #[test]
429     fn test_buffered_reader() {
430         let inner = MemReader::new(vec!(5, 6, 7, 0, 1, 2, 3, 4));
431         let mut reader = BufferedReader::with_capacity(2, inner);
432
433         let mut buf = [0, 0, 0];
434         let nread = reader.read(&mut buf);
435         assert_eq!(Ok(3), nread);
436         let b: &[_] = &[5, 6, 7];
437         assert_eq!(buf, b);
438
439         let mut buf = [0, 0];
440         let nread = reader.read(&mut buf);
441         assert_eq!(Ok(2), nread);
442         let b: &[_] = &[0, 1];
443         assert_eq!(buf, b);
444
445         let mut buf = [0];
446         let nread = reader.read(&mut buf);
447         assert_eq!(Ok(1), nread);
448         let b: &[_] = &[2];
449         assert_eq!(buf, b);
450
451         let mut buf = [0, 0, 0];
452         let nread = reader.read(&mut buf);
453         assert_eq!(Ok(1), nread);
454         let b: &[_] = &[3, 0, 0];
455         assert_eq!(buf, b);
456
457         let nread = reader.read(&mut buf);
458         assert_eq!(Ok(1), nread);
459         let b: &[_] = &[4, 0, 0];
460         assert_eq!(buf, b);
461
462         assert!(reader.read(&mut buf).is_err());
463     }
464
465     #[test]
466     fn test_buffered_writer() {
467         let inner = Vec::new();
468         let mut writer = BufferedWriter::with_capacity(2, inner);
469
470         writer.write(&[0, 1]).unwrap();
471         let b: &[_] = &[];
472         assert_eq!(&writer.get_ref()[], b);
473
474         writer.write(&[2]).unwrap();
475         let b: &[_] = &[0, 1];
476         assert_eq!(&writer.get_ref()[], b);
477
478         writer.write(&[3]).unwrap();
479         assert_eq!(&writer.get_ref()[], b);
480
481         writer.flush().unwrap();
482         let a: &[_] = &[0, 1, 2, 3];
483         assert_eq!(a, &writer.get_ref()[]);
484
485         writer.write(&[4]).unwrap();
486         writer.write(&[5]).unwrap();
487         assert_eq!(a, &writer.get_ref()[]);
488
489         writer.write(&[6]).unwrap();
490         let a: &[_] = &[0, 1, 2, 3, 4, 5];
491         assert_eq!(a, &writer.get_ref()[]);
492
493         writer.write(&[7, 8]).unwrap();
494         let a: &[_] = &[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6];
495         assert_eq!(a, &writer.get_ref()[]);
496
497         writer.write(&[9, 10, 11]).unwrap();
498         let a: &[_] = &[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11];
499         assert_eq!(a, &writer.get_ref()[]);
500
501         writer.flush().unwrap();
502         assert_eq!(a, &writer.get_ref()[]);
503     }
504
505     #[test]
506     fn test_buffered_writer_inner_flushes() {
507         let mut w = BufferedWriter::with_capacity(3, Vec::new());
508         w.write(&[0, 1]).unwrap();
509         let a: &[_] = &[];
510         assert_eq!(a, &w.get_ref()[]);
511         let w = w.into_inner();
512         let a: &[_] = &[0, 1];
513         assert_eq!(a, &w[]);
514     }
515
516     // This is just here to make sure that we don't infinite loop in the
517     // newtype struct autoderef weirdness
518     #[test]
519     fn test_buffered_stream() {
520         struct S;
521
522         impl io::Writer for S {
523             fn write(&mut self, _: &[u8]) -> io::IoResult<()> { Ok(()) }
524         }
525
526         impl io::Reader for S {
527             fn read(&mut self, _: &mut [u8]) -> io::IoResult<uint> {
528                 Err(io::standard_error(io::EndOfFile))
529             }
530         }
531
532         let mut stream = BufferedStream::new(S);
533         let mut buf = [];
534         assert!(stream.read(&mut buf).is_err());
535         stream.write(&buf).unwrap();
536         stream.flush().unwrap();
537     }
538
539     #[test]
540     fn test_read_until() {
541         let inner = MemReader::new(vec!(0, 1, 2, 1, 0));
542         let mut reader = BufferedReader::with_capacity(2, inner);
543         assert_eq!(reader.read_until(0), Ok(vec!(0)));
544         assert_eq!(reader.read_until(2), Ok(vec!(1, 2)));
545         assert_eq!(reader.read_until(1), Ok(vec!(1)));
546         assert_eq!(reader.read_until(8), Ok(vec!(0)));
547         assert!(reader.read_until(9).is_err());
548     }
549
550     #[test]
551     fn test_line_buffer() {
552         let mut writer = LineBufferedWriter::new(Vec::new());
553         writer.write(&[0]).unwrap();
554         let b: &[_] = &[];
555         assert_eq!(&writer.get_ref()[], b);
556         writer.write(&[1]).unwrap();
557         assert_eq!(&writer.get_ref()[], b);
558         writer.flush().unwrap();
559         let b: &[_] = &[0, 1];
560         assert_eq!(&writer.get_ref()[], b);
561         writer.write(&[0, b'\n', 1, b'\n', 2]).unwrap();
562         let b: &[_] = &[0, 1, 0, b'\n', 1, b'\n'];
563         assert_eq!(&writer.get_ref()[], b);
564         writer.flush().unwrap();
565         let b: &[_] = &[0, 1, 0, b'\n', 1, b'\n', 2];
566         assert_eq!(&writer.get_ref()[], b);
567         writer.write(&[3, b'\n']).unwrap();
568         let b: &[_] = &[0, 1, 0, b'\n', 1, b'\n', 2, 3, b'\n'];
569         assert_eq!(&writer.get_ref()[], b);
570     }
571
572     #[test]
573     fn test_read_line() {
574         let in_buf = MemReader::new(b"a\nb\nc".to_vec());
575         let mut reader = BufferedReader::with_capacity(2, in_buf);
576         assert_eq!(reader.read_line(), Ok("a\n".to_string()));
577         assert_eq!(reader.read_line(), Ok("b\n".to_string()));
578         assert_eq!(reader.read_line(), Ok("c".to_string()));
579         assert!(reader.read_line().is_err());
580     }
581
582     #[test]
583     fn test_lines() {
584         let in_buf = MemReader::new(b"a\nb\nc".to_vec());
585         let mut reader = BufferedReader::with_capacity(2, in_buf);
586         let mut it = reader.lines();
587         assert_eq!(it.next(), Some(Ok("a\n".to_string())));
588         assert_eq!(it.next(), Some(Ok("b\n".to_string())));
589         assert_eq!(it.next(), Some(Ok("c".to_string())));
590         assert_eq!(it.next(), None);
591     }
592
593     #[test]
594     fn test_short_reads() {
595         let inner = ShortReader{lengths: vec![0, 1, 2, 0, 1, 0]};
596         let mut reader = BufferedReader::new(inner);
597         let mut buf = [0, 0];
598         assert_eq!(reader.read(&mut buf), Ok(0));
599         assert_eq!(reader.read(&mut buf), Ok(1));
600         assert_eq!(reader.read(&mut buf), Ok(2));
601         assert_eq!(reader.read(&mut buf), Ok(0));
602         assert_eq!(reader.read(&mut buf), Ok(1));
603         assert_eq!(reader.read(&mut buf), Ok(0));
604         assert!(reader.read(&mut buf).is_err());
605     }
606
607     #[test]
608     fn read_char_buffered() {
609         let buf = [195u8, 159u8];
610         let mut reader = BufferedReader::with_capacity(1, &buf[]);
611         assert_eq!(reader.read_char(), Ok('ß'));
612     }
613
614     #[test]
615     fn test_chars() {
616         let buf = [195u8, 159u8, b'a'];
617         let mut reader = BufferedReader::with_capacity(1, &buf[]);
618         let mut it = reader.chars();
619         assert_eq!(it.next(), Some(Ok('ß')));
620         assert_eq!(it.next(), Some(Ok('a')));
621         assert_eq!(it.next(), None);
622     }
623
624     #[test]
625     #[should_fail]
626     fn dont_panic_in_drop_on_panicked_flush() {
627         struct FailFlushWriter;
628
629         impl Writer for FailFlushWriter {
630             fn write(&mut self, _buf: &[u8]) -> IoResult<()> { Ok(()) }
631             fn flush(&mut self) -> IoResult<()> { Err(io::standard_error(EndOfFile)) }
632         }
633
634         let writer = FailFlushWriter;
635         let _writer = BufferedWriter::new(writer);
636
637         // If writer panics *again* due to the flush error then the process will abort.
638         panic!();
639     }
640
641     #[bench]
642     fn bench_buffered_reader(b: &mut Bencher) {
643         b.iter(|| {
644             BufferedReader::new(NullStream)
645         });
646     }
647
648     #[bench]
649     fn bench_buffered_writer(b: &mut Bencher) {
650         b.iter(|| {
651             BufferedWriter::new(NullStream)
652         });
653     }
654
655     #[bench]
656     fn bench_buffered_stream(b: &mut Bencher) {
657         b.iter(|| {
658             BufferedStream::new(NullStream);
659         });
660     }
661 }