C Primer Plus学习笔记（七）- 字符输入/输出和输入验证

单字符 I/O：getchar() 和 putchar()

getchar() 和 putchar() 每次只处理一个字符

getchar() 和 putchar() 都不是真正的函数，它们被定义为供预处理器使用的宏

getchar() 不带任何参数，它从输入队列中返回下一个字符

例如，下面的语句读取下一个字符输入，并把该字符的值赋给变量 ch

ch = getchar();
等同于
scanf("%c", &ch);

putchar() 打印它的参数

例如，下面的语句把之前赋给 ch 的值作为字符打印出来

putchar(ch);
等同于
printf("%c", ch);

getchar() 和 putchar() 不需要转换说明，因为它们只处理字符

缓冲区

回显用户输入的字符后立即重复打印该字符是属于无缓冲（或直接）输入，即正在等待的程序可立即使用输入的字符

大部分系统在用户按下 Enter 键之前不会重复打印刚输入的字符，这种输入形式属于缓冲输入。用户输入的字符被收集并储存在一个被称为缓冲区（buffer）的临时存储区，按下 Enter 键后，程序才能使用用户输入的字符

缓冲分为两类：完全缓冲 I/O 和行缓冲 I/O

完全缓冲输入指的是当缓冲区被填满时才刷新缓冲区（内容被发送到目的地），通常出现在文件输入中

缓冲区的大小取决于系统，常见的大小是 512 字节和 4096 字节

行缓冲 I/O 指的是在出现换行符时刷新缓冲区

键盘输入通常是行缓冲输入，所以在按下 Enter 键后才刷新缓冲区

结束键盘输入

文件、流和键盘输入

文件和存储器中储存信息的区域

通常，文件都保存在某种永久存储器中（如，硬盘、U 盘或 DVD 等）

从较低层面上，C 可以使用主机操作系统的基本文件工具直接处理文件，这些直接调用操作系统的函数被称为底层 I/O（low-level I/O）

由于计算机系统各不相同，所以不可能为普通的底层 I/O 函数创建标准库

从较高层面上，C 还可以通过标准 I/O 包（standard I/O package）来处理文件

不同的系统储存文件的方式不同

有些系统把文件的内容储存在一处，而文件相关的信息储存在另一处，有些系统在文件中创建一份文件描述

在处理文件方面，有些系统使用单个换行符标记行末尾，而其他系统可能使用回车符和换行符的组合来表示行末尾

有些系统用最小字节来衡量文件的大小，有些系统则以字节块的大小来衡量

如果使用标准 I/O 包，就不用考虑这些差异。即使系统实际用的是回车符和换行符的组合来标记行末尾，I/O 函数会在两种表示法之间相互转换

C 程序处理的是流而不是直接处理文件

流（stream）是一个实际输入或输出映射的理想化数据流，这意味着不同属性和不同种类的输入，由属性更统一的流来表示

打开文件的过程就是把流和文件相关联，而且读写都通过流来完成

C 把输入和输出设备视为存储设备上的普通文件，尤其是把键盘和显示设备视为每个 C 程序自动打开的文件

stdin 流表示键盘输入，stdout 流表示屏幕输出

getchar()、putchar()、printf()、scanf() 函数都是标准 I/O 包的成员，处理上面这两个流

文件结尾

检测文件结尾的一种方法是，在文件末尾放一个特殊的字符标记文件结尾，如 Ctrl + Z

操作系统使用的另一种方法是储存文件大小的信息，如果文件有 3000 字节，程序在读到 3000 字节时便达到文件的末尾

在 C 语言中，用 getchar() 读取文件检测到文件结尾时将返回一个特殊的值，即 EOF（end of file 的缩写）

scanf() 函数检测到文件结尾时也返回 EOF

通常，EOF 定义在 stdio.h 文件中：

#define EOF (-1)

因为 getchar() 函数的返回值通常都介于 0~127，这些值对应标准字符集。但是，如果系统能识别扩展字符集，该函数的返回值可能在 0~255 之间。无论哪种情况，-1 都不对应任何字符，所以，该值可用于标记文件结尾

某些系统也许把 EOF 定义为 -1 以外的值，但是定义的值一定与输入字符所产生的返回值不同

如果包含 stdio.h 文件，并使用 EOF 符号，就不必担心 EOF 值不同的问题

EOF 是一个值，标志着检测到文件结尾，并不是在文件中找得到的符号

绝大部分系统都有办法通过键盘模拟文件结尾条件

// 重复输入，直到文件末尾
#include <stdio.h>

int main(void)
{
	int ch;

	while ((ch = getchar()) != EOF)
		putchar(ch);

	return 0;
}

由于 getchar() 函数的返回类型是 int，如果把 getchar() 的返回值赋给 char 类型的变量，一些编译器会警告可能丢失数据

使用该程序进行键盘输入，要设法输入 EOF 字符。不能只输入字符 EOF，也不能只输入 -1（输入 -1 会传送两个字符：一个是连字符和一个数字 1）

正确的方法是，必须找出当前系统的要求，即规定的文件结尾信号

重定向和文件

在默认情况下，C 程序使用标准 I/O 包查找标准输入作为输入源

程序可以通过两种方式使用文件：

第一种方法是，显示使用特定的函数打开文件、关闭文件、读取文件、写入文件，诸如此类

第二种方法是，设计能与键盘和屏幕互动的程序，通过不同的渠道重定向输入至文件和从文件输出

重定向的一个主要问题是它与操作系统有关，与 C 无关

UNIX、Linux 和 DOS 重定向

UNIX（运行命令行模式时）、Linux（ditto）和 Windows 命令行提示（模仿旧式 DOS 命令行环境）都能重定向输入、输出

重定向输入让程序使用文件而不是键盘来输入，重定向输出让程序输出至文件而不是屏幕

1.重定向输入

// 重复输入，直到文件末尾
#include <stdio.h>

int main(void)
{
	int ch;

	while ((ch = getchar()) != EOF)
		putchar(ch);

	return 0;
}

该程序获取用户从键盘输入的输入，如果要处理一个名为 words 的文本文件的话

sch01ar@ubuntu:~$ ./echo_eof < words

运行结果

< 符号是 UNIX 和 DOS/Windows 的重定向运算符

该运算符使 words 文件与 stdin 流相关联，把文件中的内容导入 echo_eof 程序

echo_eof 程序本身并不知道（或不关心）输入的内容是来自文件还是键盘，它只知道这是需要导入的字符流，所以它读取这些内容并把字符逐个打印在屏幕上，直到读到文件结尾

因为 C 把文件和 I/O 设备放在一个层面，所以文件就是现在的 I/O 设备

2.重定向输出

// 重复输入，直到文件末尾
#include <stdio.h>

int main(void)
{
	int ch;

	while ((ch = getchar()) != EOF)
		putchar(ch);

	return 0;
}

如果要用该程序把键盘输入的内容发送到名为 mywords 的文件中

sch01ar@ubuntu:~$ ./echo_eof > mywords

运行结果

> 符号也是 UNIX 和 DOS/Windows 的重定向运算符

它创建了一个名为 mywords 的新文件，然后把 echo_eof 的输出（即，你输入字符的副本）重定向至该文件中

重定向把 stdout 从显示设备（即，显示器）赋给 mywords 文件

如果已经有一个名为 mywords 的文件，通常会擦除该文件的内容，然后替换新的内容

在 UNIX 中，按 Ctrl + D 结束程序

在 DOS 中，按 Ctrl + Z 结束程序

在每行的末尾按 Enter 键，才能把缓冲区的内容发送给程序