2.9　常用的数据输入/输出函数

如图2.9.1所示，程序员可以给程序输入数据，程序处理后会返回一个输出。C语言通过函数库读取标准输入，然后通过对应函数处理将结果打印到屏幕上。前面我们学习了printf函数，理解了通过printf函数可以将结果输出到控制台窗口中。下面详细讲解标准输入函数scanf、getchar，以及打印到屏幕上的标准输出函数pintf、putchar。

2.9.1　scanf函数的原理

C语言未提供输入/输出关键字，其输入和输出是通过标准函数库来实现的。C语言通过scanf函数读取键盘输入，键盘输入又被称为标准输入。当scanf函数读取标准输入时，如果还没有输入任何内容，那么scanf函数会被卡住（专业用语为阻塞）。下面来看一个例子，如图2.9.2所示。

执行时输入20，然后回车，显示结果如图2.9.3所示。为什么第二个scanf函数不会被阻塞呢？其实是因为第二个scanf函数读取了缓冲区中的'\n'，即scanf("%c",&c)实现了读取，打印其实输出了换行，所以不会阻塞。

下面介绍缓冲区原理。

缓冲区其实就是一段内存空间，分为读缓冲、写缓冲。C语言缓冲的三种特性如下。

（1）全缓冲：在这种情况下，当填满标准I/O缓存后才进行实际I/O操作。全缓冲的典型代表是对磁盘文件的读写操作。

（2）行缓冲：在这种情况下，当在输入和输出中遇到换行符时，将执行真正的I/O操作。这时，我们输入的字符先存放到缓冲区中，等按下回车键换行时才进行实际的I/O操作。典型代表是标准输入缓冲区（stdin）和标准输出缓冲区（stdout）。

（3）不带缓冲：也就是不进行缓冲，标准出错情况（stderr）是典型代表，这使得出错信息可以直接尽快地显示出来。

ANSI C（C89）要求缓存具有下列特征。

（1）当且仅当标准输入和标准输出不涉及交互设备时，它们才是全缓存的。

（2）标准出错绝不会是全缓存的。

如图2.9.2中的例子所示，我们向标准输入缓冲区中放入的字符为'20\n'，输入'\n'（回车）后，scanf函数才开始匹配，scanf函数中的%d匹配整型数20，然后放入变量i中，接着进行打印输出，这时'\n'仍然在标准输入缓冲区（stdin）内，如果第二个scanf函数为scanf("%d",&i)，那么依然会发生阻塞，因为scanf函数在读取整型数、浮点数、字符串（后面介绍数组时讲解字符串）时，会忽略'\n'（回车符）、空格符等字符（忽略是指scanf函数执行时会首先删除这些字符，然后再阻塞）。scanf函数匹配一个字符时，会在缓冲区删除对应的字符。因为在执行scanf("%c",&c)语句时，不会忽略任何字符，所以scanf("%c",&c)读取了还在缓冲区中残留的'\n'。

2.9.2　scanf函数的循环读取

如图2.9.4所示，如果想输入多个整数（每次输入都回车），让scanf函数读取并打印输出，那么我们需要一个while循环（不了解while循环时，可跳过本节，学完第3章以后再来看本节）。代码中为什么要加入fflush(stdin)函数呢？因为fflush函数具有刷新（清空）标准输入缓冲区的作用。如果我们输错了，输入的为字符型数据，那么scanf函数就无法匹配成功，scanf函数未匹配成功时其返回值为0，即ret的值为0，但这并不等于EOF，因为EOF的返回值为-1。当scanf函数无法匹配成功时，程序仍然会进入循环，这时会导致不断地重复打印。我们的实际执行结果如图2.9.5所示，最后我们按组合键Ctrl+Z，让scanf函数匹配失败，循环结束。读者可以自行尝试去除fflush(stdin)，然后输入a，看一看效果。

针对VS 2013到VS 2017，需要按多次组合键Ctrl+Z来结束while循环，即需要按3次组合键Ctrl+Z才能让scanf函数出错返回-1。

接下来我们看一个读取字符串并打印对应字符串的大写字母的例子，如图2.9.6所示。原理是让scanf函数每次读取一个字符并打印，由于我们一次性输入一个字符串，然后回车，而scanf函数是循环匹配的，所以不能加fflush(stdin)。如果加了，那么会导致第一个字符匹配以后，后面的字符被清空。读者可以自行尝试一下。

图2.9.6中程序的执行结果如图2.9.7所示。

2.9.3　多种数据类型混合输入

当我们让scanf函数一次读取多种类型的数据时，对于字符型数据要格外小心，因为当一行数据中存在字符型数据读取时，读取的字符并不会忽略空格和'\n'（回车符），所以使用方法如图2.9.8所示。编写代码时，我们需要在%d与%c之间加入一个空格。输入格式和输出效果如图 2.9.9所示，scanf函数匹配成功了4个成员，所以返回值为4，我们可以通过返回值来判断scanf函数匹配成功了几个成员，中间任何有一个成员匹配出错，后面的成员都会匹配出错。

由图2.9.9可以看出浮点数输出默认带了6位小数，看起来非常不美观，此时我们可以如例2.9.1所示那样修改代码，使得输出效果美观一些。

【例2.9.1】scanf函数读取混合类型输入。

程序中，l=%5.2f中的5代表输出的浮点数占5个空格的位置，2代表小数点后显示两位，这时输出结果如图2.9.10所示。

2.9.4　getchar函数介绍

使用getchar函数可以一次从标准输入读取一个字符，它等价于charc,scanf("%c",&c)，语法格式如下：

通过例2.9.2中的代码我们可以用getchar函数读取一个字符。

【例2.9.2】getchar函数的使用。

getchar函数每次只能读取一个字符。例2.9.2中程序的执行结果如图2.9.11所示。

思考题：在上面的代码中，若在printf函数之后再加一个getchar函数，问getchar函数是否会被阻塞？

2.9.5　putchar函数介绍

输出字符型数据时使用putchar函数，其作用是向显示设备输出一个字符，语法格式如下：

其中，参数ch是要输出的字符，它既可以是字符型变量、整型变量，又可以是常量。输出字符'H'的代码如下：

例2.9.3的代码通过putchar函数实现变量、转义字符的打印。

【例2.9.3】putchar函数的使用。

例2.9.3中程序的输出结果如图2.9.12所示。

思考题：如果想让输出结果是ac而非bc，那么应该如何改动？

2.9.6　printf函数介绍

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。

语法如下：

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。

字符串格式（format）由两部分组成：显示到屏幕上的字符和定义printf函数显示的其他参数。我们可以指定一个包含文本在内的format字符串，也可以是映射到printf的其他参数的“特殊”字符，如下列代码所示：

代码的输出如下：

其中，%s表示在该位置插入首个参数（一个字符串），%d表示第二个参数（一个整数）应该放在哪里。不同的%-codes表示不同的变量类型，也可以限制变量的长度。printf函数的具体代码格式如表2.9.1所示。

位于%和格式化命令之间的一个整数被称为最小字段宽度说明符，通常会加上足够多的空格或0使输出足够长。如果想填充0，那么就在最小字段宽度说明符前面放置0。另外，也可以使用一个精度修饰符，精度修饰符根据使用的格式代码的不同通常有着不同的含义：

●　用%e、%E和%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。

●　用%s精度修饰符简单地表示一个最大的长度，以补充句点前的最小字段长度。

printf函数的所有输出都是右对齐的，除非在%符号后放置了负号。例如，%-5.2f会显示5位字符、2位小数位的浮点数并且左对齐。

下面来看一个例子，如例2.9.4所示。

【例2.9.4】printf函数输出对齐。

执行结果如图2.9.13所示，可以看到整型数10在不加负号时靠右对齐，加负号时靠左对齐，%10s代表字符串共占用10个字符的位置。因为printf函数默认靠右对齐，所以"hello"字符串相对于左边的起始位置有5个空格的距离。掌握这些内容后，在后面做学生管理系统项目时，就会很容易掌握打印格式的控制。