C语言基础—输入输出原理

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C语言基础—输入输出原理

本章主要讲解输入scanf和输出printf的一些基础知识和注意事项

知识点：

• 输入函数scanf，gethar，gets、getch、getche等
• 输出函数printf、putchar、puts等
• scanf的字符集，控制字符
• printf的精度修饰符和最小字段说明符
• 缓冲区的分析：行缓冲、全缓冲、无缓冲
• scanf、getchar、gets、getche、getch等缓冲区类别和原理以及特性
• 清空缓冲区的方法

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输入输出原理

• 格式输入函数
• • scanf 函数定义
  • • 格式字符串
  • scanf函数运行流程
  • • ❗ 字符集
    • • 更多参考——scanf的扩展用法
    • ❗ 控制字符
    • ❗输入的是空白字符不计入，不匹配的跳过
  • 字符输入函数 getchar
• 格式输出函数
• • printf函数定义(原理)
  • printf的输出运用（输出特定格式）
  • • 最小字段宽度说明符
    • 使用精度修饰符%f %s
  • 字符输出函数 putchar
• 缓冲区分析
• • 缓冲区定义
  • 缓冲区分类（根据刷新时刻）
  • 缓冲区的刷新规则
  • 🤔 windows下C语言的printf是无缓冲的？
  • scanf函数——行缓冲
  • • 以格式控制符开头，忽略回车空格等符
    • 只能当以格式控制符% 开头时候才能忽略
    • scanf读取字符串 %s 时特点
  • getchar()——行缓冲
  • gets()函数——行缓冲
  • getch()函数——不带缓冲区（无缓冲）
  • getche()函数——不带缓冲区（无缓冲）
  • ❗清空缓冲区
  • • 方法一：使用getchar（）来清空缓冲区
    • 方法二：使用scanf（）来清空缓冲区
    • 方法三：使用fflush（stdin）来清空缓冲区
    • 方法四： 使用fopen的w模式重写文件，清空内容

格式输入函数

一般在C语言中使用较多的是scanf输入和gatchar获取字符串

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scanf 函数定义

scanf 是一个用于读取输入的 C 库函数，定义在 stdio.h 头文件中。

它接受两个参数： 格式化字符串和一组指针。

• 格式化字符串包含了用于读取输入的格式信息，例如读取一个整数使用的 %d 格式化字符，读取一个字符串使用的 %s 格式化字符等。
  scanf 函数会按照格式化字符串提供的格式来解析输入，并将读取到的数据存储到指针所指向的内存中。例如，如果格式化字符串中包含 %d，则 scanf 函数会读取一个整数并存储到指定的内存位置。

总结：
scanf 函数会根据格式化字符串来解析输入，并将读取到的数据存储到指针指向的内存中(也就是后面跟指针地址)。

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它的定义如下：

int scanf(const char *format, ...);

格式字符串

后面跟的格式字符串如下：

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scanf函数运行流程

流程如下：

1. scanf ()读取匹配format(格式)字符串的输入

2. 当读取到一个控制字符，它把值放置到下一个变量。【空白(tabs,空格等等)会跳过】，非空白字符和输入匹配，然后丢弃.

3. 如果是一个在%符号和控制符间的数量，那么只有指定数量的字符转换到变量中。如果scanf ()遇到一个 字符集(用%[]控制字符表示)，那么在括号中的任意字符都会读取到变量中。

4. scanf ()的返回值是成功赋值的变量数量，发生错误时返回EOF.

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• 🤔 什么是字符集？

❗ 字符集

字符集%[] 是一种特殊的格式项，用于将输出限制为包含在括号中的特定字符集。

• 例如，如果要将一个整数格式化为十六进制整数，但只希望输出小写字母，可以使用格式项 %[a-f]，如下所示：

也就是自定义格式输出的格式字符串，按照[]里面格式输出

更多参考——scanf的扩展用法

scanf的拓展用法——匹配特定字符

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• 🤔 什么是控制字符？scanf可以自动跳过什么字符？使用时候空格计入不?

❗ 控制字符

控制字符是一种特殊的字符，它不表示文本内容，而是用于控制输出设备或传输信息的行为。

例如，在计算机终端中，换行符（\n）就是一个控制字符，它用于在当前行的末尾换到下一行。

控制字符通常不能直接输入，而是需要使用特定的转义序列来表示。例如，在 C 语言中，换行符可以通过\n来表示。

控制字符在计算机系统中扮演着重要的角色，它们用于控制设备的输出、输入和传输信息。例如，在网络通信中，控制字符用于标识信息的开始和结束，并用于控制信息的流动。

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🤔 读取时候空格计入不?

❗输入的是空白字符不计入，不匹配的跳过

上面流程第二天，也就是 scanf读取了输入的 空白(tabs,空格、换行符等等空白字符)会跳过，非空白字符和输入匹配，然后丢弃。

• 也就是说你在输入时候输入一个空格，这个不计入变量值（读取）里面。

• 然后非空白字符指的是除了空格、制表符、换行符等空白字符之外的所有字符。
  scanf函数读取到一个非空白字符时，它会将该字符与格式字符串中的匹配项进行匹配。如果匹配成功，那么scanf函数会将该字符存储到指定的变量中，然后继续读取下一个字符。如果匹配不成功，那么scanf函数会忽略该字符并继续读取下一个字符。

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字符输入函数 getchar

• 一般形式：getchar();；
• 功能：要求用户从终端（键盘）输入单个字符；
• 说明：返回值为从输入设备上得到的字符。

它等价于char c , scanf(“%c”,&c)

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举例：

#include <stdio. h>
#include <stdlib. h>
int main {char cc=getchar() ; //输入abcd,只能读取一个到cprintf("you input alphabet=%c\n",c) //输出asystem("pause")
}

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格式输出函数

一般在C语言中使用较多的是printf输出和putchar打印字符串

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printf函数定义(原理)

• printf () 函数可以输出各种类型 的数据，包括整型、浮点型、字符型、字符串型等，实际原理是 printf () 函数将这些类型的数据格式化为字符串后，放入标准输出缓冲区，然后通过\n'来刷新标准输出，并将结果显示到屏幕上

printf是一个在C语言中常用的函数，它可以用来输出格式化的文本。它的语法如下：

printf("format string", argument1, argument2, ...);
//printf函数根据format给出的格式打印输出到stdout (标准输出)和其他参数中。

其中，format string是一个包含格式控制字符的字符串，它告诉printf函数如何格式化输出。argument1、argument2等参数则是要输出的数据。

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printf函数的具体格式控制符如下：

%d：用于输出整型数
%s：用于输出字符串
%c：用于输出字符
%f：用于输出浮点数
%u: 用于输出无符号整数
%x：用于输出无符号十六进制数，用小写字母
%X：用于输出无符号十六进制数，用大写字母
%p：用于输出一个指针
%%：用于输出一个'%'符号

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printf的输出运用（输出特定格式）

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最小字段宽度说明符

C语言中的 最小字段宽度说明符 是一种格式化输出的说明符，它用于指定输出值的最小字段宽度。

如果一个输出值的长度小于指定的最小字段宽度，那么它将会在左边或右边补上空格（具体取决于输出值的对齐方式），直到达到指定的字段宽度为止。

• 如果想填充的不是空格是0，在最小字段宽度说明符前面放置0

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• 举例：

　int x = 123;
printf("%5d", x);  // 输出 "  123"

这里，%5d中的5指定了最小字段宽度为5。由于123小于5，因此会在123前面自动补两个空格，以满足最小字段宽度的要求。

• 举例2： 格式符加上0，表示用0代替空格

int x = 123;
printf("%05d", x);  // 输出 "00123"

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使用精度修饰符%f %s

• 用%f 精度修饰符指定想要的小数位数。例如，%5.2f会至少显示5位数字并带有2位小数的浮点数。正数表示右对齐。从右边开始。

举例：

 float x = 3.14159265;
printf("%5.2f\n", x);  // 右对齐，保留2位小数 输出  3.14

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• 精度修饰符%s也可以用于指定一个字符串的最大长度。例如，你可以这样使用精度修饰符%s来指定一个字符串的最大长度：

#include <stdio.h>int main() {// 格式化字符串char *format_string = "%.3s";// 使用格式化字符串来格式化字符串printf(format_string, "Hello World");  // 输出: Helreturn 0;
}

在这个例子中，我们使用精度修饰符 %s来指定一个字符串的最大长度为3，所以输出的字符串只有前3个字符。精度修饰符%s可以用于指定字符串的最大长度，这样可以使得输出的字符串更加简洁、清晰。

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字符输出函数 putchar

• 一般形式：char c; putchar( c );
• 功能：输出变量 c 所代表的一个字符；
• 说明：c 为字符型变量或整型变量。也可以是常量

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• 注意：要注意 转义字符

 char a,b,c;a = '0'; b = 'K';c = '\n';putchar(a);putchar(c); //这里是转义字符\n换行符putchar(b);putchar(c);

最后输出

0
K

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缓冲区分析

• 关于scanf、getchar、getch、getche缓冲区分析——C语言

缓冲区定义

缓冲区是一种用于提高程序性能的技术。缓冲区为程序提供了一个临时存储数据的区域，这样程序就不必频繁地从输入设备或输出设备读写数据，可以提高程序的执行效率。

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缓冲区分类（根据刷新时刻）

根据数据刷新的时机可以将缓冲区的类型分为：全缓冲、行缓冲、无缓冲

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• 全缓冲：当缓冲区被填满以后才进行真正的输入输出操作

• 行缓冲：当在输入或者输出的过程中遇到换行符时，才执行真正的输入输出操作

• 无缓冲：没有缓冲区，立即进行输入输出

类型	说明	输出情况
全缓冲	I/O操作只有在缓冲区被填满之后才会进行	1缓冲区满 2.刷出数据(fflush) 3.关闭文件(fclose )
行缓冲	通常只有遇到换行符时，才会执行实际的/O操作;但缓冲区满也会强制 执行	1.遇到换行符 2.缓冲区满 3.刷出数据 (fflush) 4.关闭文 件(fclose)
无缓冲	不缓存，直接进行I/O操作	直接输出

（缓冲区其实是一块内存空间，它用在硬件设备和用户程序之间，用来缓存数据，目的是让快速的 CPU 不必等待慢速的输入输出设备，同时减少操作硬件的次数）

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缓冲区的刷新规则

缓冲区的刷新遵循以下的规则

1、不管是行缓冲还是全缓冲，缓冲区满时会自动刷新

2、行缓冲遇到换行符\n时会刷新

3、关闭文件时会刷新缓冲区

4、程序关闭时一般也会刷新缓冲区，这个是由标准库来保障的

5、使用特定的函数也可以手动刷新缓冲区

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🤔 windows下C语言的printf是无缓冲的？

C语言作为一个面向过程的语言，算不上高级语言也不能说是低级语言，C语言完成的工作大多都是偏底层开发工作（再底层一点可能就是汇编了），C语言常常用在嵌入式、单片机之类的小缓冲区的东西上，

嵌入式设备的缓冲区通常远小于PC,如果printf是行缓冲的，可能刚写进去一点东西,就可能被别的玩意儿盖掉了,所以嵌入式做开发带流的函数进行I/O的时候通常一次I/O马上就要fflush()

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C语言标准规定，输入输出缓冲区要具有以下特征：

1、当且仅当输入输出不涉及交互设备时，它们才可以是全缓冲的

2、错误显示设备不能带有缓冲区

所谓交互设备，就是现代计算机上的显示器和键盘。C标准虽然规定它们不能是全缓冲的，但并没有规定它们到底是行缓冲还是无缓冲，这就导致不同的平台有不同的实现

• 输入设备

Windows、Linux、Mac OS 在实现时都给输入设备带上了行缓冲，所以 scanf()、getchar()、gets() 在每个平台下的表现都一致

Windows 下特有的 getche() 和 getch()函数，都不带缓冲区

• 输出设备

Windows 平台下，输出设备是不带缓冲区的

Linux 和 Mac OS 平台下，输出设备带有行缓冲区

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scanf函数——行缓冲

scanf() 是从标准输入设备（键盘）读取数据，当遇到 scanf() 函数时，程序会先检查输入缓冲区中是否有数据，是带有行缓冲区的，如果没有，就等待用户输入。

用户从键盘输入的每个字符都会暂时保存到缓冲区，直到按下回车键，产生换行符（'\n'），输入结束

需要注意的是:当输入的数据与存储该数据的变量类型不符合，scanf() 还会尝试忽略一些空白符，例如空格、制表符、换行符等

举例：

    int a = 10, b = 20;scanf("%d%d", &a, &b);printf("%d %d", a, b);

以格式控制符开头，忽略回车空格等符

此时控制字符串变成以格式控制字符串（%d）开头，此时输入1回车，第二个scanf(“%d”, &b)就会把回车符（‘\n’）忽略掉，等待用户输入下一个数字（在输入1回车后无论输入多少个空格\制表符\回车都会被忽略掉）

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只能当以格式控制符% 开头时候才能忽略

scanf还有一个比较奇怪的特性：只有当控制字符串以格式控制符开头时，才会忽略换行符、空格、制表符等空白符

举例：

  int a = 10, b = 20;scanf("%d", &a);scanf("b=%d", &b);printf("%d %d", a, b);

当输入1回车时，回车符虽然是属于空白符，但是此时不能被忽略，不能被忽略的换行符（‘\n’）和格式控制字符串%d又不匹配，所以只能读取失败了，b的值不变还是20

举例2：改进上面举例后，以格式字符串%先

int a = 10, b = 20;scanf("%d", &a);
scanf("%d", &b);printf("%d %d", a, b);

此时控制字符串变成以格式控制字符串（%d）开头，此时输入1回车，第二个scanf(“%d”, &b)就会把回车符（‘\n’）忽略掉，等待用户输入下一个数字（在输入1回车后无论输入多少个空格\制表符\回车都会被忽略掉）

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scanf读取字符串 %s 时特点

scanf使用格式控制字符串%s读入字符串时，遇到回车、空格、制表符结束输入。

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举例1:

 char ss[2][10];scanf("%s%s", ss[0], ss[1]);printf("%s%s\n", ss[0], ss[1]);

从结果可以看出，中间的空格被忽略掉了，现在来分析下过程：

前半部分的 Hello（空格） 碰到空格时就结束第一次输入，将Hello存储在ss[0]这个字符串中（注意：此时空格符仍然存在于缓冲区中，并没有被读走）继续读取第二个字符串，

此时scanf会先瞧一瞧缓冲区中有没有东西，发现里面有一个空格符，忽略掉，继续读取World，发现后面有个换行符，结束第二次输入，将World存储在ss[1]这个字符串中，换行符仍然留在缓冲区。

（这里的特点和输入单个字符串一致，即在输入第一个非空白符前，输入多少个空格符（空格\制表符\回车）都会被忽略掉）

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getchar()——行缓冲

getchar()可以看作scanf(“%c”);的一个简化版本，它和scanf(“%c”)的特性相同，这里就不再赘述了

也是忽略空白字符，以\n回车刷新，也有scanf的特性。

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gets()函数——行缓冲

gets（字符数组）：其作用是从终端输入一个字符串到字符数组，并且得到一个函数值。

gets(ss)遇到回车结束输入，读取的换行符被转换为NULL值，做为字符数组的最后一个字符，来结束字符串（意思就是将'\n'变成了'\0'），gets()以回车作为字符串的终止符，同时将回车符从输入缓冲区读走，但不作为字符串的一部分。而scanf()不读走回车符，回车符仍留在输入缓冲区中。

意思是读取回车符了，并且作为字符数组的最后一位来结束字符串。但不作为字符串的一部分，也就是不显示。

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除此之外。gets在读入字符串时不会忽略掉空白符！

 gets(ss[0]);gets(ss[1]);printf("%s%s", ss[0], ss[1]);

如图，空格有，存入字符数组显示。

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getch()函数——不带缓冲区（无缓冲）

• 函数功能：当有输入时，立即读取（不需要按回车），不显示在屏幕上（不带回显）

！需要注意的是这个函数并非标准函数，跨平台使用时需要考虑移植性（getch() 位于 conio.h 头文件中，而这个头文件是 Windows 特有的，

Linux 和 Mac OS 下没有包含该头文件。换句话说，getche() 并不是标准函数，默认只能在 Windows 下使用，不能在 Linux 和 Mac OS 下使用）

關於getch()方法的要點：

getch()方法會暫停輸出控製台，直到按下一個鍵為止。
它不使用任何緩衝區來存儲輸入字符。
輸入的字符將立即返回，而無需等待回車鍵。
輸入的字符不會顯示在控製台上。
getch()方法可用於接受隱藏的輸入，例如密碼，ATM針號等。

示例：使用getch()接受隱藏的密碼

#include <conio.h> 
#include <dos.h> // delay() 
#include <stdio.h> 
#include <string.h> void main() 
{ // Taking the password of 8 characters char pwd[9]; int i; // To clear the screen clrscr(); printf("Enter Password:"); for (i = 0; i < 8; i++) { // Get the hidden input // using getch() method pwd[i] = getch(); // Print * to show that // a character is entered printf("*"); } pwd[i] = '\0'; printf("\n"); // Now the hidden input is stored in pwd[] // So any operation can be done on it // Here we are just printing printf("Entered password:"); for (i = 0; pwd[i] != '\0'; i++) printf("%c", pwd[i]); // Now the console will wait // for a key to be pressed getch(); 
}

輸出：

Abcd1234

輸出：

Enter Password:********
Entered password:Abcd1234

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getche()函数——不带缓冲区（无缓冲）

• 函数功能：当有输入时，立即读取（不需要按回车），并显示在屏幕上（带回显），

和getch（）一样位于conio.h中，是非标准函数，认只能在 Windows 下使用，不能在 Linux 和 Mac OS 下使用。

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❗清空缓冲区

方法一：使用getchar（）来清空缓冲区

特点：getchar() 是带有缓冲区的，并且一切字符通吃，或者说一切字符都会读取，不会忽略

int c;
while((c = getchar()) != '\n' && c != EOF);

这是一段用来清空输入缓冲区的代码。
getchar() 是一个函数，用来从输入缓冲区读取下一个输入字符。它会返回输入字符，或者在读取失败时返回 EOF（代表输入流的结束）。
这段代码使用一个无限循环（while）来不断读取输入字符。每次循环，它会检查这个字符是否是换行符（‘\n’）或者是 EOF。如果是，就会退出循环。否则，它会继续循环，不断读取下一个字符。

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方法二：使用scanf（）来清空缓冲区

scanf("%*[^\n]"); scanf("%*c");

上面的语句分成两部分来看:

• 第一部分：scanf(“%*[^\n]”)，这个语句作用是读取缓冲区中回车符（‘\n’）之前的所有字符，并丢弃，在遇到回车符（‘\n’）时便停止读取（注意：此时缓冲区中还有一个回车符）

• 第二部分：scanf(“%*c”)，这个语句的作用是读取一个字符，并丢弃，这样就将缓冲区中仅剩的一个回车符也读走了，此时就已经清空了缓冲区

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方法三：使用fflush（stdin）来清空缓冲区

fflush(stdin);

C语言标准规定，当 fflush() 用于stdout时，必须要有清空输出缓冲区的作用
但是C语言标准并没有规定 fflush() 用于stdin时的作用，编译器的实现者可以自由决定，所以它的行为是未定义的

不太推荐使用这种方法（还是因为通用性的问题，建议使用前面两种方法，因为前两种方法在任何平台、任何编译器、任何情景下都有效）

方法四： 使用fopen的w模式重写文件，清空内容

使用 fclose 函数关闭文件流，然后再使用 fopen 函数重新打开这个文件，这样也可以清空缓冲区。

使用 fclose 函数关闭文件流后，您可以使用 fopen 函数重新打开该文件，并使用 "w" 或 "w+" 模式打开文件，这样就可以清空文件内容并重新写入数据了。

举例：

假设您有一个文件 “myfile.txt”，其中包含了一些文本。您可以使用以下代码清空该文件并重新写入数据：

#include <stdio.h>int main(void)
{// 以只写方式打开文件FILE *fp = fopen("myfile.txt", "w");if (fp == NULL) {// 文件打开失败printf("Error opening file!\n");return 1;}// 向文件中写入一些文本fprintf(fp, "This is the new content of the file.\n");// 关闭文件流fclose(fp);return 0;
}

在上面的代码中，我们首先使用 “w” 模式打开文件，然后向文件中写入一些文本。最后，我们使用 fclose 函数关闭文件流。这样就可以清空文件并重新写入数据了。

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