解析C語(yǔ)言入門基礎(chǔ)之輸入和輸出

01

—

標(biāo)準(zhǔn)輸入和標(biāo)準(zhǔn)輸出

在C語(yǔ)言里要使用標(biāo)準(zhǔn)輸入和標(biāo)準(zhǔn)輸出必須包含stdio.h頭文件，常用的標(biāo)準(zhǔn)輸出和標(biāo)準(zhǔn)輸入函數(shù)是printf和scanf，其中printf用來在標(biāo)準(zhǔn)輸出中輸出信息，而函數(shù)scanf則用來從標(biāo)準(zhǔn)輸入中讀取信息。

那么什么是標(biāo)準(zhǔn)輸入和標(biāo)準(zhǔn)輸出呢？

在Linux中進(jìn)程通常會(huì)自動(dòng)打開三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)文件，即標(biāo)準(zhǔn)輸入文件（stdin）通常對(duì)應(yīng)文件描述符0；

標(biāo)準(zhǔn)輸出文件（stdout）對(duì)應(yīng)文件描述符1和標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤輸出文件對(duì)應(yīng)文件描述符2（stderr）。進(jìn)程將從標(biāo)準(zhǔn)輸入文件中讀取輸入數(shù)據(jù)，將正常輸出數(shù)據(jù)輸出到標(biāo)準(zhǔn)輸出文件，而將錯(cuò)誤信息送到標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤文件中。02

—

標(biāo)準(zhǔn)輸入函數(shù)

在stdio.h中scanf聲明如下：

/* Read formatted input from stdin. This function is a possible cancellation point and therefore not marked with __THROW. */ extern int scanf （const char *__restrict __format， 。。.） __wur;

使用Mac或Linux的同學(xué)，在終端上輸入man scanf回車即可學(xué)習(xí)scanf函數(shù)的用法。我們可以看到注釋上說明，scanf從標(biāo)準(zhǔn)輸入stdin輸入讀取數(shù)據(jù)，在glibc中stdin的定義如下：

/*stdio.c*/ FILE *stdin = （FILE *） &_IO_2_1_stdin_; /*libio.h*/ extern struct _IO_FILE_plus _IO_2_1_stdin_; /*libioP.h*/ struct _IO_FILE_plus { FILE file; const struct _IO_jump_t *vtable; };

從以上代碼我們可以知道，最終stdin是一個(gè)FILE文件流指針，我能繼續(xù)追蹤FILE類型為何物。

/* * stdio state variables. * * The following always hold： * * if （_flags&（__SLBF|__SWR）） == （__SLBF|__SWR）， * _lbfsize is -_bf._size， else _lbfsize is 0 * if _flags&__SRD， _w is 0 * if _flags&__SWR， _r is 0 * * This ensures that the getc and putc macros （or inline functions） never * try to write or read from a file that is in `read‘ or `write’ mode. * （Moreover， they can， and do， automatically switch from read mode to * write mode， and back， on “r+” and “w+” files.） * * _lbfsize is used only to make the inline line-buffered output stream * code as compact as possible. * * _ub， _up， and _ur are used when ungetc（） pushes back more characters * than fit in the current _bf， or when ungetc（） pushes back a character * that does not match the previous one in _bf. When this happens， * _ub._base becomes non-nil （i.e.， a stream has ungetc（） data iff * _ub._base！=NULL） and _up and _ur save the current values of _p and _r. * * NB： see WARNING above before changing the layout of this structure！ */ typedef struct __sFILE { unsigned char *_p; /* current position in （some） buffer */ int _r; /* read space left for getc（） */ int _w; /* write space left for putc（） */ short _flags; /* flags， below; this FILE is free if 0 */ short _file; /* fileno， if Unix descriptor， else -1 */ struct __sbuf _bf; /* the buffer （at least 1 byte， if ！NULL） */ int _lbfsize; /* 0 or -_bf._size， for inline putc */ /* operations */ void *_cookie; /* cookie passed to io functions */ int （* _Nullable _close）（void *）; int （* _Nullable _read） （void *， char *， int）; fpos_t （* _Nullable _seek） （void *， fpos_t， int）; int （* _Nullable _write）（void *， const char *， int）; /* separate buffer for long sequences of ungetc（） */ struct __sbuf _ub; /* ungetc buffer */ struct __sFILEX *_extra; /* additions to FILE to not break ABI */ int _ur; /* saved _r when _r is counting ungetc data */ /* tricks to meet minimum requirements even when malloc（） fails */ unsigned char _ubuf［3］; /* guarantee an ungetc（） buffer */ unsigned char _nbuf［1］; /* guarantee a getc（） buffer */ /* separate buffer for fgetln（） when line crosses buffer boundary */ struct __sbuf _lb; /* buffer for fgetln（） */ /* Unix stdio files get aligned to block boundaries on fseek（） */ int _blksize; /* stat.st_blksize （may be ！= _bf._size） */ fpos_t _offset; /* current lseek offset （see WARNING） */ } FILE;

看到這個(gè)結(jié)構(gòu)體內(nèi)部一大堆成員變量不要慌，我們重點(diǎn)關(guān)注里面的close、read、seek和write函數(shù)指針。我們?cè)谡{(diào)用scanf函數(shù)時(shí)正是通過這幾個(gè)函數(shù)指針間接調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)close、read、seek和write實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)輸入關(guān)閉、讀取、偏移和寫功能。

int （* _Nullable _close）（void *）; int （* _Nullable _read） （void *， char *， int）; fpos_t （* _Nullable _seek） （void *， fpos_t， int）; int （* _Nullable _write）（void *， const char *， int）;

從函數(shù)聲明我們知道scanf返回一個(gè)int型返回值，在調(diào)用時(shí)scanf，返回正整數(shù)表示從標(biāo)準(zhǔn)輸入讀取到的有效數(shù)據(jù)數(shù)量，返回0表示沒有輸入或者輸入不正確，返回負(fù)數(shù)表示發(fā)生了從標(biāo)準(zhǔn)輸入讀取數(shù)據(jù)發(fā)生了錯(cuò)誤。下面我們使用scanf從標(biāo)準(zhǔn)輸入讀取數(shù)據(jù)的代碼。

int num = 0; float f_num = 0; int count = scanf（“%d”， &num）; scanf（“%f”， &f_num）; scanf_s（“%d”， &num）;

在scanf中輸入數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)保存在變量num和f_num中，調(diào)用scanf輸入數(shù)據(jù)必須要用%，%d表示輸入一個(gè)整數(shù)，%f表示輸入一個(gè)單精度浮點(diǎn)數(shù)，其他數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)參考C語(yǔ)言入門基礎(chǔ)之變量和數(shù)據(jù)類型，count保存scanf輸入數(shù)據(jù)的有效數(shù)。

看到這里可能有人會(huì)有疑問，為什么調(diào)用scanf從標(biāo)準(zhǔn)輸入信息，需要對(duì)變量取地址，為什么要設(shè)計(jì)成這樣？這里就要涉及到后面會(huì)學(xué)到的知識(shí)：指針。在C語(yǔ)言里函數(shù)傳參方式有2種，一種是傳值另外一種是傳指針。通過傳值方式形參拷貝實(shí)參，得到一個(gè)實(shí)參副本對(duì)實(shí)參副本進(jìn)行修改不會(huì)影響實(shí)參，而傳指針方式，將會(huì)得到實(shí)參的地址，通過指針解引用可以間接修改實(shí)參的值。

那么回到scanf函數(shù)那里，我們通過對(duì)變量進(jìn)行取址，scanf函數(shù)內(nèi)部有一個(gè)指針，將變量地址值賦給內(nèi)部指針，再將標(biāo)準(zhǔn)輸入的值賦值給實(shí)參，實(shí)參變量因此獲得標(biāo)準(zhǔn)輸入的值。

在代碼片段我們還看到scanf_s這個(gè)函數(shù)（scanf_s不是C標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù)），由于scanf函數(shù)并不是安全的，在有些編輯器上默認(rèn)禁止使用scanf，如果使用則需要打開一個(gè)宏，而scanf_s是一些廠商提供的scanf函數(shù)安全版本，兩者使用方法一模一樣。

03

—

標(biāo)準(zhǔn)輸出函數(shù)

在stdio.h中printf函數(shù)聲明如下：

/* Write formatted output to stdout. This function is a possible cancellation point and therefore not marked with __THROW. */ extern int printf （const char *__restrict __format， 。。.）;

看到這里是不是很熟悉？printf函數(shù)的返回值也是int型，調(diào)用printf函數(shù)將會(huì)返回輸出字符個(gè)數(shù)，出錯(cuò)則返回一個(gè)負(fù)數(shù)。

同樣在Linux/Mac平臺(tái)的終端上輸入man printf函數(shù)可以查看函數(shù)的詳細(xì)使用方法（任何C標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)都可以在Linux/Mac平臺(tái)上輸入man+函數(shù)名的方式查看函數(shù)使用方法）。下面是我們使用printf函數(shù)在標(biāo)準(zhǔn)輸出中輸出數(shù)據(jù)的代碼。

int output_count = printf（“num = %d ”， num）; printf（“output_count = %d ”， output_count）; output_count = printf（“f_num = %f ”， f_num）; printf（“output_count = %d ”， output_count）;

在代碼片段里我們看到一個(gè) 字符，在C語(yǔ)言里這是一個(gè)換行符?？吹竭@里是不是又有疑問了，為什么printf函數(shù)輸出變量值時(shí)不需要對(duì)變量取地址？這就回到前面我們說過的問題了，在C語(yǔ)言里傳值，形參是實(shí)參的副本，形參修改了不會(huì)影響到實(shí)參。而printf函數(shù)只是在標(biāo)準(zhǔn)輸出中輸出信息，不會(huì)修改實(shí)參的值，因此使用傳值方式。

那么標(biāo)準(zhǔn)輸出是什么呢？從print函數(shù)聲明代碼注釋上看，標(biāo)準(zhǔn)輸出正是stdou，我們繼續(xù)在glibc中繼續(xù)追蹤stdout到底是什么？在stdout.c中我們看到stdout和stderr定義如下：

FILE *stdout = （FILE *） &_IO_2_1_stdout_; FILE *stderr = （FILE *） &_IO_2_1_stderr_;

我們發(fā)現(xiàn)stdout、stderr和stdin的定義一模一樣都是一個(gè)FILE類型指針，那么使用方式就和stdin一樣了，區(qū)別則在于stdin和文件描述符0綁定，stdout和文件描述符1綁定，stderr和文件描述符2綁定。

04

—

結(jié)語(yǔ)

后面講解C語(yǔ)言知識(shí)時(shí)我會(huì)穿插有Linux相關(guān)知識(shí)，講解C語(yǔ)言不能僅僅停留在語(yǔ)法層面。據(jù)我的觀察，很多人學(xué)習(xí)了C語(yǔ)言語(yǔ)法后很迷茫，不知道C語(yǔ)言能做什么，根本原因就是你沒有了解某個(gè)平臺(tái)的系統(tǒng)編程API。Linux是一個(gè)開源操作系統(tǒng)，結(jié)合Linux學(xué)習(xí)C語(yǔ)言將會(huì)更加有趣，在Linux上進(jìn)行C語(yǔ)言開發(fā)絕對(duì)是最佳選擇。

編輯：jq