C语言入门小册子: C 控制 IO

控制台和文件I/O

这一章涵盖了控制台（键盘/显示器）和文件输入输出（I/O）。你已经见过一个控制台I/O函数——printf()，还有其他一些类似的函数。C语言有两种独立的文件I/O方式，一种基于类似控制台I/O的库函数，另一种使用“系统调用”。这些话题将在下文详细讨论。

控制台I/O

控制台I/O通常指的是与计算机的键盘和显示器进行通信。然而，在大多数现代操作系统中，键盘和显示器只是默认的输入和输出设备，用户可以轻松地将输入重定向到文件或其他程序，输出重定向到例如串口I/O端口：

type infile > myprog > com

程序本身，“myprog”，并不会知道输入输出的区别。程序使用控制台I/O来读取它的“标准输入（stdin）”，这可能是键盘输入、文件内容，或其他程序的输出，并打印到它的“标准输出（stdout）”，这可能是显示器、打印机、另一个程序或文件。程序本身并不关心或知道具体的输入输出设备。

控制台I/O函数

控制台I/O要求声明：

#include <stdio.h>

常用的函数包括：

printf(): 将格式化的字符串打印到标准输出。
scanf(): 从标准输入读取格式化的数据。
putchar(): 将单个字符打印到标准输出。
getchar(): 从标准输入读取单个字符。
puts(): 打印字符串到标准输出。
gets(): 从标准输入读取一行。

在Windows系统的编译器中，还可以使用一组替代的控制台I/O函数。此时需要声明：

#include <conio.h>

三个最常用的Windows控制台I/O函数是：

getch(): 从键盘获取字符（不需要按回车键）。
getche(): 从键盘获取字符并回显。
kbhit(): 检查是否有键被按下。

`printf()`函数

如前所述，printf()函数可以打印包含格式化数据的字符串：

printf("This is a test!\n");

它也可以包括变量的内容：

printf("Value1:  %d   Value2:  %f\n", intval, floatval);

printf()使用的格式代码包括：

%d: 十进制整数
%ld: 长十进制整数
%c: 字符
%s: 字符串
%e: 浮点数的指数形式
%f: 浮点数的十进制形式
%g: 根据情况使用%e或%f，选择较短的表示
%u: 无符号十进制整数
%o: 无符号八进制整数
%x: 无符号十六进制整数

使用错误的格式代码可能会导致奇怪的输出。通过修改格式代码可以获得更多控制，例如，可以指定最小字段宽度：

%10d

这表示字段宽度至少为10个字符。如果字段宽度过小，printf()会自动使用更宽的字段。添加负号后：

%-10d

会使文本左对齐。

可以指定数字精度：

%6.3f

这表示在宽度为6个字符的字段中保留3位小数。

还可以指定字符串的精度，表示最多打印字符数，例如：

/* prtint.c */
#include <stdio.h>

int main(void)
{
  printf("<%d>\n", 336);
  printf("<%2d>\n", 336);
  printf("<%10d>\n", 336);
  printf("<%-10d>\n", 336);
  return 0;
}

这将输出：

<336>
<336>
<       336>
<336       >

类似地：

/* prtfloat.c */
#include <stdio.h>

int main(void)
{
  printf("<%f>\n", 1234.56);
  printf("<%e>\n", 1234.56);
  printf("<%4.2f>\n", 1234.56);
  printf("<%3.1f>\n", 1234.56);
  printf("<%10.3f>\n", 1234.56);
  printf("<%10.3e>\n", 1234.56);
  return 0;
}

这将输出：

<1234.560000>
<1.234560e+03>
<1234.56>
<1234.6>
<  1234.560>
< 1.234e+03>

再比如：

/* prtstr.c */
#include <stdio.h>

int main(void)
{
  printf("<%2s>\n", "Barney must die!");
  printf("<%22s>\n", "Barney must die!");
  printf("<%22.5s>\n", "Barney must die!");
  printf("<%-22.5s>\n", "Barney must die!");
  return 0;
}

输出为：

<Barney must die!>
<      Barney must die!>
<                 Barne>
<Barne                 >

`printf()`字符串中的特殊字符

在第2章中列出的特殊字符也可以嵌入在printf字符串中：

'\a': 警告（蜂鸣）字符
'\b': 退格
'\f': 换页
'\n': 换行
'\r': 回车
'\t': 水平制表符
'\v': 垂直制表符
'\\': 反斜杠
'\?': 问号
'\'': 单引号
'\"': 双引号
'%%': 百分号
'\0NN': 八进制字符编码
'\xNN': 十六进制字符编码
'\0': 空字符

`scanf()`函数

scanf()函数通过类似于printf()的语法读取格式化的数据，不过它需要指针作为参数，因为它需要返回值。例如：

/* cscanf.c */
#include <stdio.h>

int main(void)
{
  int val;
  char name[256];

  printf("Enter your age and name.\n");
  scanf("%d %s", &val, name);
  printf("Your name is: %s -- and your age is: %d\n", name, val);
  return 0;
}

在scanf()中，name不需要加&，因为字符串的名称本身就是一个指针。输入字段由空白（空格、制表符或换行符）分隔，不过可以使用如%10d这样的格式说明符来定义特定的字段宽度。

scanf()的格式代码与printf()相同，唯一的不同是：

没有%g格式代码。
%f和%e格式代码工作方式相同。
有一个%h格式代码用于读取短整型（short）整数。

如果格式代码中包含字符，scanf()会读取这些字符并丢弃它们。例如，如果将上面的示例修改为：

scanf("%d,%s", &val, name);

那么，scanf()会假定两个输入值由逗号分隔，并在遇到逗号时将其丢弃。

如果格式代码前面加上星号（*），则数据会被读取并丢弃。例如，如果修改为：

scanf("%d%*c%s", &val, name);

那么，如果两个字段由冒号（:）分隔，scanf()会读取并丢弃冒号字符。

当scanf()的输入被终止时，它会返回EOF（一个整数），EOF在stdio.h中被定义。

`putchar()`和`getchar()`函数

putchar()和getchar()函数用于单个字符的输入输出。例如，下面的程序从标准输入一个一个地接受字符：

/* inout.c */
#include <stdio.h>

int main(void)
{
  unsigned int ch;

  while ((ch = getchar()) != EOF)
  {
    putchar(ch);
  }
  return 0;
}

getchar()函数返回一个整数，并且也会在遇到EOF时终止。注意，C语言允许程序在同一个表达式中获取值并进行测试，这是处理循环时特别有用的功能。

关于单字符I/O的一个警告：如果程序从键盘读取字符，大多数操作系统不会在用户按下“回车”键之前将字符发送到程序，这意味着无法通过这种方式执行单字符键盘输入输出。

上面的简单程序是一个字符模式文本“过滤器”的核心程序，过滤器是一种可以在标准输入和标准输出之间进行转换的程序。这样的过滤器可以作为构建更复杂应用程序的元素：

type file.txt > filter1 | filter2 > outfile.txt

以下过滤器将输入中每个单词的第一个字符大写。该程序作为一个“状态机”工作，使用一个可以设置为不同值（或“状态”）的变量来控制其工作模式。它有两个状态：SEEK（查找状态），在此状态下它寻找第一个字符；REPLACE（替换状态），在此状态下它寻找一个单词的结束。

在SEEK状态下，它扫描空白符（空格、制表符或换行符），并回显字符。如果找到可打印字符，它会将其转换为大写，并进入REPLACE状态。在REPLACE状态下，它将字符转换为小写，直到遇到空白符，然后返回SEEK状态。

程序使用了tolower()和toupper()函数来进行大小写转换，这两个函数将在下一章中详细讨论。

/* caps.c */
#include <stdio.h>
#include <ctype.h>

#define SEEK 0
#define REPLACE 1

int main(void)
{
  int ch, state = SEEK;
  while ((ch = getchar()) != EOF)
  {
    switch (state)
    {
      case REPLACE:
        switch (ch)
        {
          case ' ':
          case '\t':
          case '\n':
            state = SEEK;
            break;
          default:
            ch = tolower(ch);
            break;
        }
        break;
      case SEEK:
        switch (ch)
        {
          case ' ':
          case '\t':
          case '\n':
            break;
          default:
            ch = toupper(ch);
            state = REPLACE;
            break;
        }
    }
    putchar(ch);
  }
  return 0;
}

`puts()`函数

puts()函数类似于简化版的printf()，它没有格式化代码。它打印一个字符串，并自动以换行符结束：

puts("Hello world!");

`fgets()`函数

fgets()函数特别有用：它读取一行以换行符结束的文本。与scanf()相比，它对输入的要求宽松得多：

/* cgets.c */
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

int main(void)
{
  char word[256], *guess = "blue\n";
  int i, n = 0;

  puts("Guess a color (use lower case please):");
  while (fgets(word, 256, stdin) != NULL)
  {
    if (strcmp(word, guess) == 0)
    {
      puts("You win!");
      break;
    }
    else
    {
      puts("No, try again.");
    }
  }
  return 0;
}

这个程序使用了strcmp函数，它执行字符串比较，如果匹配则返回0。strcmp函数将在下一章中详细讨论。

这些函数可以用于实现处理文本行而非单字符的过滤器。下面是这样一个过滤器的核心程序：

/* lfilter.c */
#include <stdio.h>

int main(void)
{
  char b[256];
  while ((fgets(b, 256, stdin)) != NULL)
  {
    puts(b);
  }
  return 0;
}

fgets()函数在输入终止或出现错误时会返回NULL，NULL在stdio.h中定义。

Windows下的控制台I/O函数

基于Windows的控制台I/O函数getch()和getche()的操作方式与getchar()类似，只是getche()会自动回显字符。

kbhit()函数与其他不同，它仅表示是否有键被按下。如果有键被按下，它返回非零值；如果没有键被按下，它返回零。这允许程序轮询键盘输入，而不是在键盘输入时阻塞，等待某些操作。正如前面所提到的，这些函数需要conio.h头文件，而不是stdio.h头文件。

Last modified: Monday, 27 January 2025, 11:38 PM

控制台和文件I/O

控制台I/O

控制台I/O函数

printf()函数

printf()字符串中的特殊字符

scanf()函数

putchar()和getchar()函数

puts()函数

fgets()函数