C语言的标准输入输出

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1. 标准输入输出

标准输入、输出主要由缓冲区和操作方法两部分组。缓冲区实际上可以看做内存中的字符串数组，而操作方法主要是指printf、scanf、puts、gets，getcha、putcahr等操作缓冲区的方法。在C++以及Java等面向对象的编程语言中，将缓冲区以及操作缓冲区的方法封装成一类对象，这类对象就称为流。

缓冲区最大的特点主要体现在数据的一次性，即数据被printf、scanf从缓冲区中取出后就被使用了，或者说消耗了。可以把缓冲区比喻成管道，缓冲区中的数据比喻成水流，printf、scanf等方法比喻成开关，当打开开关，水就会慢慢流逝，而流出去的水就再也收不回来了。

由于不同系统，不的硬件底层实现输入输出的具体方法可能不一样，C语言要求系统为每个程序提供两个指针,这两个指针分别指向两个结构体，这两个结构体分别表示了键盘和屏幕在内存中的抽象表示（缓冲区的地址值被记录在这个结构体中）,并将指向这两个结构体的指针命名为stdin和 stdout.这两个指针就是所谓的标准输入和标准输出。

还有一点应该始终铭记，标准输入和输出缓冲区中存储的是字符的ASCII码值。比如你想从键盘上输入了123给一个变量，那么在缓冲区中存储是三个字节，分别是字符‘1’的ASCII码值，字符‘2’的ASCII码值，字符‘3’的ASCII码值，然后将这个这三个ASCII值序列转换为一个数值给这个变量。同理，从屏幕输出“123”，计算机并不认为它输出的是一个数值，计算机实际上仅仅是描绘了一个‘1’的ASCII码值对应的图形，‘2’的ASCII的值对应的图形，‘3’的ASCII码值对应的图形。

2. getchar、putchar

putchar的作用主要是向输出缓冲区中写入一个字符。

getchar的作用主要是向输入缓冲区中读取一个字符。如果碰到文件结尾，返回-1

getchar源代码

int getchar(void){
    static char buf[BUFSIZ];
    static char* bb = buf;
    static int n = 0;
    if (n == 0) {
        n = read(0, buf, BUFSIZ);
        bb = buf;
    }
    return(--n >= 0) ? (unsigned char)*bb++ : EOF;
}

OEF是一个宏，表示-1。getchar的返回值是int，对于文件来说-1表示了文件的结尾。我们可以在键盘上利用Ctrl+Z来实现类似的效果。

从getchar的源代码中可以看出，如果发现字符数组buf已空（n==0），则调用read方法从键盘读取数据（该方法会导致阻塞）,并让指针指向数组的首地址。如果缓冲区还有字符没有被读取（n > 0），则读取它，同时n-1，指针（bb）向后移动一位。当缓冲区已空（n==0），且read函数读取失败时（读取到了文件末尾），返回EOF。

从scanf的源代码中可以看出getchar可以读入任何字符，包括空白符（空白符包括：空格、换行符、制表符等）。

3. gets、puts

puts函数主要向输出缓冲区写入一个字符串，并再字符串输出结束以后，再额外输出一个换行符 '\n'。

gets用于从输入流的缓冲区中读取字符到指定的数组。读取过程中会忽略所有的前导空白符，读入的第一个字符为非空白符，直到遇到换行符才停止读入，结束的换行符（'\n'）被gets函数读从缓冲区读取走了，存于数组中，然后被替换成'\0'。

gets 源代码(只需要看for循环这部分代码，FLOCKFILE(stdin)表示对输入缓冲区加锁对;FUNLOCKFILE(stdin) 表示对输入缓冲区解锁)。

char* gets(char *buf){
    int c;
    char *s;
    static int warned;
    static const char w[] = "warning: this program uses gets(), which is unsafe.\n";
    FLOCKFILE(stdin); ORIENT(stdin, -1);
    if (!warned) {
        (void)_write(STDERR_FILENO, w, sizeof(w) - 1);
        warned = 1;
    }
    for (s = buf; (c = __sgetc(stdin)) != '\n';)
        if (c == EOF)
            if (s == buf) {
                 FUNLOCKFILE(stdin); return (NULL);
            } else
                break;
        else
            *s++ = c; *s = 0;
        FUNLOCKFILE(stdin); return (buf);
}        

从源代码可以看出，如果读入了'\n'则停止，并替换成'\0'

4. printf的使用

定义函数 int printf(const char * format,...);

函数说明 printf()会根据参数format字符串来转换并格式化数据，然后将结果写出到标准输出设备，直到出现字符串结束('\n')为止。

参数format字符串可包含下列三种字符类型：

（1）一般文本，伴随直接输出。

（2）转义字符，如\t、\n等。

（3）格式转换字符，格式转换为一个百分比符号(％)及其后的格式字符所组成。一般而言，每个％符号在其后都必需有一printf的参数与之相呼应（只有当％％转换字符出现时会直接输出％字符）

格式转换字符详解 “%[符号][宽度][.精度]类型”

[宽度]：表示最少输出的字符个数

[符号]：“-”表示对齐方式

（1）%-8,左对齐，当显示字符不足8时，右补空格

（2）%08，右对齐，当显示字符不足8时，左补0

[.精度]对于浮点数表示小数点后的位数

数值小数点后的位数大于显示精度，则只能显示[.精度]个小树位数（四舍五入），如果数值小数点后的位数小于显示精度，则补零。

%.5 小数点后显示5位

类型：

（1）%d:用于显示十进制有符号数，char,short,int,long long

（2）%u:用于显示十进制无符号数，unsinged short,unsigned int,

unsigned long long

（3）%x: 用于显示十六进制整数，所有有符号及无符号整型

（4）%f:用于显示十进制浮点数，float,double

（5）%c:显示字符

（6）%s:显示字符串

printf(“%s”,xxx)与puts(xxx)的区别：puts函数会自动添加换行，而printf(“%s”,……)不会。

5. scanf的使用

定义函数 int scanf(const char * format,...);

函数说明 scanf()会将输入的数据根据参数format字符串来转换并格式化数据。Scanf()格式转换的一般形式如下：

“%[宽度][数据所占字节数]输入类型”

[宽度]：最多输入的字符个数

[数据类型]：

h表示两字节，short

l表示八字节，用于long long和 double

什么都没有表示四字节

[数据类型]输入类型

（1）%d：int

（2）%f：float

（3）%lf：double

（4）%hd：short

scanf(“%c”,&x) 等价于 x = getchar()，虽然getchar的返回值是int类型，但不影响使用

（5）%s：字符串

用scanf读取字符串时，忽略前导的空白符，再次遇到空白符会结束输入，并将再次遇到的空白符留在缓冲区内，自动添加字符串数组的结束标志'\n'。

#include <stdio.h>
void main(int argc, char* argv[]){
    char a[20]; int ch; scanf_s("%s",a,20);
    printf("%s\n", a);
    while ((ch = getchar()) != EOF ){
         putchar(ch);
    }
}

我们输入i love you(ctrl+z)

scanf_s 读取字符'i'以后结束（i后是空格），通过getchar函数第一个读取的字符就是空格，getchar会一直读取缓冲区中，直到缓冲区为空。

6. fgets、fputs、fscanf、fprintf、fgetchar、fputchar

上述方法只是多了个参数FILE * stream，表示这时的输入以stream指定的文件作为输入或者输出

char* fgets(char* _Buf, int _MaxCount, FILE* _File);

int fputs(const char * _Str,FILE* _File);

int fprintf(FILE* _File, const char * _Format, ...);

int fscanf(FILE* _File, const char * _Format, ...);

int fgetc (FILE* _File) ;

int fputc(int _Ch, FILE* _File);

7. 其它相关函数

int sprintf( char *_Dest, const char * format,...);

函数说明sprintf和printf函数很类似，printf是将结果写入到标准输出流中，而sprintf是将结果写入到字符串数组_Dest中。返回值返回值返回参数str字符串长度，失败则返回-1。

#include<stdio.h>
void main(){
    char* a = "This is string A!";
    char buf[80];
    sprintf_s(buf,"begin %s end\n", a);
    printf("%s",buf);
}

int sscanf_s(const char * _Src, const char * _Format, ...);

sscanf函数与scanf类似，只不过scanf是从输入流中读取数据，而sscanf是从字符串数组_Src中读取数据

#include<stdio.h>
void main(int argc, char* args[]){
    int i; double n;
    char str[20] = "123 3.1415";
    sscanf_s(str, "%d%lf", &i, &n);
    printf("%d\n%f\n", i, n);
}

设置流缓冲

int fflush(FILE* stream);

void setbuf(FILE* stream, char* buf);

int setvbuf(FILE* stream, char* buf, int mode);

数据总是先写入（或者读取）到流中,当缓冲区满了后，在将其写入到设备（或者获取读取到程序中），这样的工作方式效率更高。但是有时候我们可能需要更快的相应速度，我们可以调用fflush方法来冲刷缓冲区，注意这里冲刷的意思不是将缓冲区的内容删除，而是将还未满的缓冲区中的内容写入到设备（或者读取到程序中）。

setbuf中可以由参数buf自己设定缓冲区的位置和大小（大小由buf数组的大小决定）。

setvbuf中的第三个参数决mode定了缓冲区的缓冲类型。它由三种取值

_IOFBU:全满缓冲类型

_IOLBU:行满缓冲类型

_IONBU:无缓冲类型