第8章字符输入/输出和输入验证¶

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getchar() 与 putchar()¶

语法形式

int getchar(void);
int putchar(int c);

示例

#include <stdio.h>
int main(void)
{
    int ch;
    while ((ch = getchar()) != '#')
        putchar(ch);
    return 0;
}

输出：

Hello#
Hello

说明

getchar() 从标准输入读取下一个字符，返回它的字符编码
putchar() 把一个字符写到标准输出，返回写出的字符，失败时返回 EOF
两者在 stdio.h 中声明，多数实现同时提供宏版本
'#' 只作为结束标记，不进入循环体，所以不打印

[C 标准把 getchar 与 putchar 规定为函数
- 允许实现另用宏提供同名接口
- 教材称两者"都不是真正的函数"不准确]

常见错误

用 char 型变量接收 getchar() 的返回值，无法区分 EOF
把 '#' 写成 "#"，双引号表示字符串，!= 比较的是指针

缓冲输入¶

说明

缓冲输入：字符先存入缓冲区，按 Enter 后整行交给程序
缓冲区是临时存储区，常见大小为 512 或 4096 字节
无缓冲输入：按键后字符立即交给程序，老式系统与部分编译器提供
ANSI C 规定标准输入为缓冲输入，未提供无缓冲的标准方式
把多个字符作为一个块传输，比逐字符传输省时间，也允许用户修改输错的字符

表8-1 缓冲输入的类型

类型	刷新缓冲区的条件	典型场合
行缓冲	读到换行符	键盘输入
完全缓冲	缓冲区被填满	文件输入
无缓冲	每个字符立即传送	交互式程序，非标准

常见错误

以为按键后程序立即读到字符，实际要按 Enter
用 conio.h 的 getch() 与 getche() 写程序，这两个函数不属于 C 标准

标准流 stdin 与 stdout¶

说明

C 程序通过流处理输入输出，不直接操作设备
stdin 表示键盘输入，stdout 表示屏幕输出
两个流在程序启动时自动打开，不需要显式建立
getchar() putchar() printf() scanf() 都作用于这两个流
打开文件即把流与文件关联，文件读写由标准 I/O 包统一处理
标准 I/O 包在不同系统的换行约定之间转换，程序只需判断 '\n'

示例

#include <stdio.h>
int main(void)
{
    int ch = getchar();      /* 从 stdin 读一个字符 */
    putchar(ch);             /* 写到 stdout */
    return 0;
}

文件结尾 EOF¶

语法形式

#define EOF (-1)            /* stdio.h 中的常见定义 */
int ch;
while ((ch = getchar()) != EOF)
    /* 处理 ch */

示例

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

输出：

abc
abc

[第二行按 Ctrl+D (Linux) 或 Ctrl+Z 加回车 (Windows 控制台) 结束输入]

说明

EOF 是文件结尾标记，不是文件中能找到的符号
EOF 由 stdio.h 用 #define 定义，值为负的整数常量，常见 -1
标准只要求它与任何字符编码都不同，不保证等于 -1
getchar() 检测到文件结尾或读取错误时返回 EOF
键盘模拟文件结尾：行首按 Ctrl+D (UNIX/Linux)，按 Ctrl+Z 后回车 (Windows)
putchar() 的参数类型是 int，ch 声明为 int 不影响打印
声明为 int 的原因是 EOF 与扩展字符都能容纳

[char 是否有符号由实现决定，教材称 char 只能表示 0 到 255 不准确]

常见错误

输入 EOF 三个字母或 -1 来结束，程序把它们当作普通字符
用 char 保存 getchar() 的返回值，无符号 char 上 EOF 变成 255
写成 while (ch != EOF) 而 ch 从未赋值

输入重定向¶

语法形式

./prog < file

示例

/* echo_eof.c: 复制输入到输出 */
#include <stdio.h>
int main(void)
{
    int ch;
    while ((ch = getchar()) != EOF)
        putchar(ch);
    return 0;
}

输出：

$ ./echo_eof < words
The world is too much with us

说明

./prog < file 把 file 与 stdin 关联，程序从文件读取
重定向由命令行环境完成，与 C 语言无关
程序不知道输入来自键盘还是文件，只看到字符流
运算符两侧的空格在 UNIX，Linux，Windows 命令提示中都可省略
输入文件必须是文本文件

常见错误

把程序名与文件名写反，写成 ./words < echo_eof
在 IDE 中直接运行，重定向符号被当作命令行参数传给程序

输出重定向¶

语法形式

./prog > file
./prog >> file

示例

$ ./echo_eof > mywords
a line
[Ctrl+D]
$ cat mywords
a line

说明

./prog > file 把 stdout 关联到文件，屏幕不再显示输出
文件不存在时创建，已存在时长度先截断为 0
>> 把输出追加到文件末尾，不截断原有内容
printf() 与 putchar() 的输出都写到 stdout，一并被重定向
标准错误流 stderr 不参与重定向，仍然显示在屏幕上

常见错误

以为 > 只是打开文件，实际会清空原有内容
把 >> 写成 >>> 或 > >

组合重定向¶

语法形式

./prog < in.txt > out.txt
./prog > out.txt < in.txt

示例

$ ./echo_eof < mywords > savewords

说明

两个运算符的顺序不影响结果，分别决定输入源与输出目标
输入文件名与输出文件名不能相同
输入输出各只能有一个，不能连接两个文件或两个程序

表8-2 重定向运算符

运算符	作用
`<`	把文件内容作为程序的标准输入
`>`	把程序的标准输出写入文件，覆盖原有内容
`>>`	把程序的标准输出追加到文件末尾

常见错误

写成 ./prog < mywords > mywords，> 先把文件截断，输入随即为空
写成 ./prog < a < b 或 ./prog > a b，违反一程序一文件的规则
用重定向连接两个数据文件，如 ./fish > beets

直接打开文件读取¶

语法形式

FILE *fp = fopen(文件名, "r");
int ch = getc(fp);
fclose(fp);

示例

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(void)
{
    FILE *fp = fopen("words.txt", "r");
    int ch;
    if (fp == NULL)
        exit(1);
    while ((ch = getc(fp)) != EOF)
        putchar(ch);
    fclose(fp);
    return 0;
}

说明

无法使用重定向时的替代做法，显式打开文件
getc(fp) 从指定流读取字符，返回值与 EOF 规则同 getchar()
fopen() 失败返回空指针，需要判断后再使用
exit() 在 stdlib.h 中声明
文件处理的完整内容见第 13 章

常见错误

打开失败直接调用 getc()，程序崩溃
忘记 fclose()，输出缓冲区的内容可能没有写入文件

清除输入行剩余字符¶

语法形式

while (getchar() != '\n')
    continue;

示例

#include <stdio.h>
int main(void)
{
    char response;
    int guess = 1;
    printf("Is it %d? ", guess);
    while ((response = getchar()) != 'y')
    {
        if (response == 'n')
            printf("Is it %d? ", ++guess);
        else
            printf("Only y or n: ");
        while (getchar() != '\n')
            continue;
    }
    printf("Done.\n");
    return 0;
}

输出：

Is it 1? no
Is it 2? f
Only y or n: y
Done.

说明

内层循环读掉本行余下的全部字符，包括换行符
输入 no 或 no way 都按首字符 n 处理
输入以 y 开头时退出循环，该行余下内容未清除
交互式程序应预先考虑误输入，给出提示后重新读取

常见错误

省略内层循环，上一次输入的换行符被当作一次否定应答
只丢弃一个字符，行内其余字符留到下一轮

混合字符与数值输入¶

语法形式

while ((ch = getchar()) != '\n')
{
    if (scanf("%d %d", &rows, &cols) != 2)
        break;
    /* 处理 ch, rows, cols */
    while (getchar() != '\n')
        continue;
}

示例

#include <stdio.h>
int main(void)
{
    int ch, rows, cols;
    printf("Enter a character and two integers:\n");
    while ((ch = getchar()) != '\n')
    {
        if (scanf("%d %d", &rows, &cols) != 2)
            break;
        printf("%d %d\n", rows, cols);
        while (getchar() != '\n')
            continue;
    }
    printf("Bye.\n");
    return 0;
}

输出：

Enter a character and two integers:
c 2 3
2 3
! 3 6
3 6
Bye.

说明

getchar() 读取每个字符，包括空格与换行符
scanf() 读数值时跳过前导空白，读完把空格与换行留在输入队列
下一轮 getchar() 先读到残留的换行符，循环条件立即成立
每轮末清掉本行，才能读到下一行首字符
在 scanf() 失败时用 break 结束，比让循环条件偶然成立更清楚

[教材此处给出 display(char(ch), rows, cols); 消除警告
- char(ch) 是 C++ 的函数式转换，C 中应写成 (char) ch]

常见错误

省略每轮末尾的清行循环，输入一组后就退出
把 scanf() 的返回值与 EOF 比较，忘记它也可能返回 0

检查 scanf 的返回值¶

语法形式

while (scanf("%ld", &n) == 1 && n >= 0)

示例

#include <stdio.h>
int main(void)
{
    long n;
    while (scanf("%ld", &n) == 1 && n >= 0)
        printf("%ld\n", n);
    return 0;
}

输出：

3 7 -1
3
7

说明

scanf() 返回成功赋值的输入项个数
转换失败时返回 0，遇到文件结尾或读取错误时返回 EOF
转换失败时 n 的值不变，失败的字符留在输入队列中
条件从左向右求值，前一项失败时不再判断 n >= 0
完整条件读作"当输入是一个整数且该整数非负时"

常见错误

只检查 n 的值，不检查 scanf() 是否成功
直接把 scanf() 当作布尔条件，返回 EOF 时也非零，被当作真

读整数直到成功¶

语法形式

long get_long(void)
{
    long input;
    int ch;
    while (scanf("%ld", &input) != 1)
    {
        while ((ch = getchar()) != '\n')
            putchar(ch);
        /* 提示重新输入 */
    }
    return input;
}

输出

low is not an integer. Try again: 3

[low 是内层循环用 putchar() 回显的非法输入，提示语接在它后面输出]

说明

外层循环重复到 scanf() 成功，此时返回值为 1
内层循环逐字符回显并丢弃本行，直到换行符
转换失败后 scanf() 不再前进，不清掉那一段输入就会反复失败
输入行中的数字也一并丢弃，因为整行都按非法输入处理
变量声明为 long 时转换说明用 %ld

常见错误

只清一个字符，非法输入的长单词导致提示重复出现
int 变量配 %ld，读写宽度不一致

数值范围校验¶

语法形式

bool bad_limits(long begin, long end, long low, long high);

示例

#include <stdbool.h>
bool bad_limits(long begin, long end, long low, long high)
{
    bool bad = false;
    if (begin > end)
        bad = true;
    if (begin < low || end < low)
        bad = true;
    if (begin > high || end > high)
        bad = true;
    return bad;
}

说明

三个条件独立判断，不提前返回，一次报告全部超限项
函数返回 true 表示输入无效，与函数名前缀 bad 一致
bool true false 由 stdbool.h 提供
调用方在返回值无效时提示重试，有效时调用计算函数

常见错误

写成链式 else if，只报告第一个问题
忘记包含 stdbool.h，或在不支持 _Bool 的编译器上直接使用

菜单循环¶

语法形式

while ((choice = get_choice()) != 'q')
{
    switch (choice)
    {
        case 'a': /* 动作 */
                  break;
        default:  /* 不应到达 */
                  break;
    }
}

示例

#include <stdio.h>
int main(void)
{
    int ch;
    while ((ch = getchar()) != 'q')
    {
        switch (ch)
        {
            case 'a': printf("advice\n"); break;
            case 'b': putchar('\a'); break;
            default:  printf("?\n"); break;
        }
        while (getchar() != '\n')
            continue;
    }
    printf("Bye.\n");
    return 0;
}

输出：

a
advice
x
?
q
Bye.

说明

while 控制重复访问菜单，switch 按选项分派动作
上例直接用 getchar() 取选项，完整版本改用 get_choice()
get_choice() 只返回菜单中的选项字符与终止字符 'q'
default 用于发现筛选函数漏掉的取值，正常运行时不应到达
退出循环后统一打印结束语

常见错误

case 分支漏写 break，执行落到下一个分支
用 switch 外的 if 处理终止字符，与 while 条件重复

菜单选项的读取¶

语法形式

char get_choice(void)

示例

char get_choice(void)
{
    int ch;
    printf("a. advice  b. bell\nc. count   q. quit\n");
    ch = get_first();
    while ((ch < 'a' || ch > 'c') && ch != 'q')
    {
        printf("Respond with a, b, c, or q: ");
        ch = get_first();
    }
    return ch;
}

说明

读取过程与 getchar() 相同，循环直到得到合法选项
合法范围是 'a' 到 'c'，加上终止字符 'q'
返回值约定与 getchar() 一致，便于放进 while 条件
依赖 get_first() 清理本行，否则回车产生的换行符被当作非法选项

常见错误

条件写成 ch < 'a' || ch > 'c' || ch != 'q'，逻辑永真
用 getchar() 代替 get_first()，输入 act 时把 c 当成选项

读取行首字符¶

语法形式

int get_first(void)
{
    int ch = getchar();
    while (getchar() != '\n')
        continue;
    return ch;
}

说明

返回本行第一个字符，其余字符读掉
输入 act 按 a 处理，不会把 c 当作下一次的选项
本行只有回车时返回换行符，由调用方判断
返回类型用 int，与 getchar() 保持一致

常见错误

声明返回 char，在需要与 EOF 比较时失效
在 scanf() 之后立即调用，返回的是数字后面残留的换行符

菜单中混用数值输入¶

语法形式

n = get_int();
/* 处理 n */
while (getchar() != '\n')
    continue;

示例

void count(void)
{
    int n, i;
    printf("Count how far? ");
    n = get_int();
    while (getchar() != '\n')
        continue;
    for (i = 1; i <= n; i++)
        printf("%d\n", i);
}

输出：

Count how far? two
two is not an integer. Try again: 5
1
2
3
4
5

说明

scanf() 读完数字把换行符留在队列，下一次读取会先拿到它
两种处理：在读数值的函数内清掉本行，或让 get_first() 跳过前导空白
读数值的函数与 get_long() 结构相同，转换说明改为 %d，变量改为 int
输入非法时函数内部循环提示，不返回菜单

常见错误

只在菜单处清行，数值输入后仍残留换行
把清理循环写在 for 之前，循环输出尚未占用的行内还有残留

复习题¶

（1）putchar(getchar()) 是一个有效表达式，它实现什么功能？
getchar(putchar()) 是否也是有效表达式？

答案

前者读取下一个输入字符并打印
getchar() 的返回值作为 putchar() 的参数
后者无效，getchar() 不接受参数
而 putchar() 需要参数

（2）下面的语句分别完成什么任务？
a. putchar('H');
b. putchar('\007');
c. putchar('\n');
d. putchar('\b');

答案

a 显示字符 H. b 在 ASCII 系统上发出一声警报。 c 把光标移到下一行开头。 d 光标退后一格

（3）假设有一个名为 count 的可执行程序，用于统计输入的字符数
设计一个使用 count 程序统计 essay 文件中字符数的命令行
并把统计结果保存在 essayct 文件中

答案

count <essay >essayct 或 count >essayct <essay

（4）给定复习题 3 中的程序和文件，下面哪一条是有效的命令？
a. essayct <essay
b. count essay
c. essay >count

答案

都不是有效命令

（5）EOF 是什么？

答案

EOF 是 getchar() 与 scanf() 检测到文件结尾时返回的特殊值

（6）对下面的输入与程序段，分别写出输出。 ch 是 int 类型，输入为缓冲输入
a. 输入

If you quit, I will.

程序段

while ((ch = getchar()) != 'i')
   putchar(ch);

b. 输入

Harhar

程序段

while ((ch = getchar()) != '\n')
{
   putchar(ch++);
   putchar(++ch);
}

答案

a 输出 If you qu
字符 I 与 i 不同，检测到 i 后循环退出，i 不打印
b 在 ASCII 系统上输出 HJacrthjacrt
第一轮读入 H，先打印 H 再自增为 I
第二个 putchar() 先自增为 J 再打印
下一轮读入 a，重复同一过程

（7）C 如何处理不同计算机系统中的不同文件和换行约定？

答案

C 的标准 I/O 库把不同的文件映射为统一的流来处理

（8）在使用缓冲输入的系统中，把数值和字符混合输入会遇到什么潜在的问题？

答案

数值输入跳过空格与换行符，字符输入不跳过
输入数字后按回车留下的换行符会成为下一次字符读取的值
应在字符输入前清掉它

int score;
char grade;
printf("Enter the score.\n");
scanf("%d", &score);
printf("Enter the letter grade.\n");
grade = getchar();          /* 读到的是残留换行符 */

[附录答案此处写作 scanf("%s", &score);
%s 与 int 变量不匹配，应为 %d，上例按此更正]

编程练习¶

编程练习

设计一个程序，统计在读到文件结尾之前读取的字符数
编写一个程序，在遇到 EOF 之前把输入作为字符流读取
程序打印每个输入字符及其 ASCII 十进制值
空格之前的字符都是非打印字符，需要特殊处理
换行符打印 \n，制表符打印 \t
其他非打印字符用控制字符表示法
例如 ASCII 值为 1 的字符显示为 ^A
A 的 ASCII 值等于 Ctrl+A 的值加 64
除遇到换行符时另起一行外，每行打印 10 对值
编写一个程序，在遇到 EOF 之前把输入作为字符流读取
报告大写字母与小写字母的个数
可以假定字母编码连续，或使用 ctype.h 的分类函数
编写一个程序，在遇到 EOF 之前把输入作为字符流读取
报告平均每个单词的字母数
空白不计为字母，标点符号可以暂不计较
修改猜数字程序，使用二分查找策略
程序最初猜 50，询问用户猜大了，猜小了还是猜对了
猜小时下一次取剩余区间的中值，猜大时同理
修改 get_first() 函数，使其返回读取的第一个非空白字符，并在一个简单程序中测试
修改第 7 章的编程练习 8，用字符代替数字标记菜单选项，用 q 代替 5 作为结束标记
编写一个程序，显示提供加法，减法，乘法，除法的菜单
用户选择后提示输入两个数字，执行相应运算
程序只接受菜单提供的选项
用 float 变量储存输入的数字，输入失败时允许重新输入
除法运算中第二个数为 0 时提示重新输入

第8章 字符输入/输出和输入验证¶

getchar() 与 putchar()¶

缓冲输入¶

标准流 stdin 与 stdout¶

文件结尾 EOF¶

输入重定向¶

输出重定向¶

组合重定向¶

直接打开文件读取¶

清除输入行剩余字符¶

混合字符与数值输入¶

检查 scanf 的返回值¶

读整数直到成功¶

数值范围校验¶

菜单循环¶

菜单选项的读取¶

读取行首字符¶

菜单中混用数值输入¶

复习题¶

编程练习¶

第8章字符输入/输出和输入验证¶