C数据的输入和输出

与大多数现代编程语言一样,C语言没有输入输出的能力,所有此类操作都是由标准库中的函数提供。

C语言的标准输入输出函数都是独立于设备的,程序员无需考虑如何在特定设备上传入传出数据,C语言的库函数和操作系统会确保在特定设备上的操作完全正常。

C语言中的每个输入源和输出源目的地都称为流(stream)。输入流是可读入程序的数据源,而输出流是程序输出数据的终点。流和设备的实体(如屏幕和键盘)相互独立。程序使用的每个设备通常都有一个或多个相关的流,这取决于它是简单的输入设备(如键盘),还是可表示多个数据源或目的地的设备(如磁盘驱动器)。

磁盘驱动器一般包括多个文件,流和数据源或目的地一一对应,而不是流和设备一一对应。所以一个要读取或写入的文件可以与一个流关联,与文件关联的流是一个输入流,所以可从这个文件中读取数据。如果这个流式输出流,就可以在这个文件中写入数据。如果这个流允许输入和输出,就可以对这个文件进行读取和写入。很明显,如果和文件关联的是输入流,这个文件就曾经被写入过,所以包含一些数据。流也可以和光盘驱动器里的文件关联,因为光盘驱动器一般是只读的,因此这个流必然是一个输入流。

输入输出流还可以进一步细分为:字符流(character streams,文本流)和二进制流(binary streams)。它们之间的主要差异是在字符流中传入传出的数据是一系列字符,可以根据格式规范由库例程修改。在二进制传入传出的数据是一系列的字节,不能以任何方式修改。

值得注意的是,在屏幕上输出图形或写入打印机时,需要主机操作系统提供的专用函数。

标准流

流有标识它的名称,C语言中有3个在<stdio.h>头文件中预定义的标准流,程序只要包含这个头文件,就可以使用这些流。这3个标准流分别是stdinstdoutstderr,分别对应键盘、命令行正常输出、命令行错误输出。使用标准流无需做任何初始化或准备,只是要使用适当的库函数给他们发送数据,它们都预先赋予了特定的物理设备。

stderr流只是将来自C库的错误信息传送出去,也可以将自己的错误信息传送给stderr,写入这两个流的数据的目的地默认为命令行。stderrstdout之间的主要差别是,输出到stdout的流在内存上缓存,所以写入stdout的数据不会马上送到设备上。而stderr传入或传出缓存区域的数据,在物理设备上传入或传出数据可以异步进行。这使输入输出操作更高效。为错误信息使用不缓存的流,其优点是可以确保错误信息显示出来,但会刷新,所以输出可能永远不会显示出来。

使用操作系统命令,stdinstdout都可以重定向到文件上,而不是默认的键盘和屏幕上。这就带来了极大的灵活性。如果要在测试过程中用相同的数据多次运行程序,就可以把这些数据放在一个文本文件中,将stdin重定向到这个文件上。这样每次运行程序时,就无需输入这些数据了。将程序的输出重定向到文件上,很容易保留这些输出,以便日后参考,也可以使用文本编辑器访问和搜索它。

输入输出

几乎每个C程序都包括输入输出,因为要进行计算就必须给出数据,而运行的结果是需要输出的。

  • 所谓输入输出是以计算机主机为主体而言的
    从计算机向输出设备(如显示器、打印机等)输出数据成为输出,从输入设备(如键盘、磁盘、光盘、扫描仪等)向计算机输入数据成为输入。


    输入输出
  • C语言本身不提供输入输出语句

输入和输出操作是由C标准库中的函数来实现的,C提供的标准函数以库的形式在C的编译系统中,它们不是C语言文本中的组成部分。

为什么不将输入输出作为C语句呢?

不把输入输出作为C语句的目标是使C语句编译系统简单精练,因为将语句翻译成二进制的指令是在编译阶段完成的,没有输入输出语句就可以避免在编译阶段处理与硬件有关的问题,可以使编译系统简化,而且通用性强,可移植性好,在各种型号的计算机和不同的编译环境下都能适用。

各种C编译系统提供的系统函数库是软件公司编制的,包括了C语言建议的全部标准函数,还根据用户需求补充一些常用函数,对它们进行编译后形成目标文件。它们在程序连接阶段与由源程序编译而得到的目标文件相连接,生成一个可执行的目标程序。

不同编译系统提供的函数库中,函数名称、数量、功能不完全相同。不过有些通用的函数在各种编译系统中都供,成为各种系统的标准函数。

C语言函数库中有一批“标准输入输出函数”,它是以标准的输入输出设备(终端设备)为输入输出对象的。
putchar 输出字符、getchar 输入字符
printf 格式输出、scanf 格式输入
puts 输出字符串、gets 输入字符串

  • 使用系统库函数时要在程序文件的开头用预处理指令#include将头文件载入
#include <stdio.h>

#include预编译指令的目的是将所需的“头文件”包括到用户源文件中。stdio.h表示standard input & output header 标准输入和输出的头文件。

键盘输入

stdin上的键盘输入有两种形式:

  • 格式化输入,主要由scanf_s()scanf()函数的安全版本。
  • 非格式化输入,通过getchar()等函数接收原始的字符数据。

格式化键盘输入

int scanf(char *format, ...) // 从标准输入流读取字符序列,按照format中的转换规格说明字符序列进行解释,并把结果存储在其余的变元中。

scanf()使用完格式输入串或当一些输入无法与控制说明相匹配时,它就停止运行,并返回成功匹配和赋值的输入项的个数。所以返回值可以作为判断已获取输入值的输入项数的依据。在文件的结尾,EOF被返回。注意这与返回值0不同,0表示下一个输入字符和格式串中的第一个说明不匹配。下一次对这个函数的调用将从上一次转换的最后一个字符的下一个字符开始继续搜索。

例如:具有基本运算功能的计算器程序

#include <stdio.h>

int main()
{
  float sum,v;
  
  sum = 0;
  while(scanf("%f", &v) == 1){
    printf("\t%.2f\n", sum += v);
  }

  return 0;
}

字符输入输出

标准库可实现简单的文本输入输出模式,文本流由一些行组成,每行结尾是一个换行符。如果系统不是用这种方式操作的,标准库将尽可能使该系统使用这种模式。

int getchar(void) // 从标准输入中一次读取一个字符,返回下一个输入字符。

若遇到文件结束则返回EOF,符号常量EOF在头文件<stdio.h>中定义,其值为-1。程序中应使用EOF而非-1来测试文件是否结束,以使得程序独立于EOF的特定值。

int putchar(int) // 用于输出数据,将字符送至标准输出流,标准输出流缺省下为屏幕显示。

若没有错误返回所输出的字符,若有错误出现则返回EOF。

实例:将大写字母转换为小写字母

#include <stdio.h>
#include <ctype.h>

int main()
{
  int c;
  while((c=getchar()) != EOF){
    putchar(tolower(c));
  }
  return 0;
}
#include <stdio.h>

int main()
{
  char str[] = "hello world!\njunchow!";
  //puts(str);

  int i = 0;
  while(str[i]!='\0'){
    if(str[i]!='\n'){
      putchar(str[i]);
    }
    ++i;
  }

  return 0;
}
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