《C程序设计语言》笔记 第7章 输入与输出

本章讲讲述标准库，介绍输出/输出、字符串处理、存储管理与数学函数以及其他一些服务的函数。本章的重点将放在输入/输出上。

如第1章所述，标准库实现了简单的文本输入/输出模型。文本流由一系列行组成，每一行以一个换行符结尾。如果系统没有遵循这种模型，则标准库会通过一些措施使其看起来遵循了这种模型。例如，标准库可能在输入时将回车符(carriage return, CR, r)和换行符(line feed, LF, n)都转换为换行符，而在输出时进行反向转换。

注：不同操作系统的默认换行符是不同的，Windows是CRLF (rn)，Unix/Linux是LF (n)，macOS是CR (r)，参考：

• Carriage Return, Line Feed and New Line
• The Great Newline Schism

最简单的输入机制是使用getchar函数从标准输入（一般为键盘）一次读取一个字符。getchar函数在每次被调用时返回下一个输入字符，如果遇到文件结尾则返回EOF。符号常量EOF定义在中，其值一般为-1，但程序中应该使用名字EOF来测试从而不依赖于特定值。

函数putchar(c)将字符c送至标准输出（默认为屏幕）。putchar返回输出的字符，如果发生错误则返回EOF。函数printf也将输出发送到标准输出，可以和putchar函数交替使用。

使用输入/输出库函数的源文件必须包含#include 。

在命令行中，可以使用<符号来重定向输入，将键盘输入替换为文件输入：如果程序prog中使用了函数getchar，则命令行

prog  
将使得程序prog从输入文件infile（而不是键盘）读取字符。
 
类似地，可以使用>符号来重定向输出：
 
prog >outfile
 
将程序prog的标准输出重定向到文件outfile。
 
字符串 “outfile” 不包含在命令行参数argv中。
 
管道(pipe)机制也可以用于重定向标准输入/输出：
 
prog | otherprog
 
将程序prog的标准输出重定向到程序otherprog的标准输入。
 
注：Windows CMD和Linux Shell命令行都支持输入/输出重定向和管道机制。
 
对于只从一个输入流读取数据、只向一个输出流写入数据的程序，使用getchar、putchar和printf函数实现输入/输出就足够了。考虑程序lower，将输入转换为小写形式：
 
将输入转换为小写形式
 
例如，假设编译出的可执行文件为lower.out，则命令行
 
./lower.out  
将文件a.txt的内容转换为小写并打印到标准输出；
 
利用打印文件的Linux命令cat或Windows命令type（1.5.1节编写过类似功能的程序）和管道机制，以下命令和上面的等价：
 
cat a.txt | ./lower.out  # Linux
type a.txt | lower.exe  # Windows
 
输入/输出重定向可以同时使用：
 
./lower.out b.txt
 
将文件a.txt的内容转换为小写并输出到文件b.txt。
 
练习7-1 编写一个程序，根据它被调用的名字(argv[0])实现将大写字母转换为小写或将小写字母转换为大写的功能。
 
7.2 格式化输出——printf 
输出函数printf将内部值（整数、浮点数等）转换为字符。本节将介绍该函数最典型的用法。
 
int printf(char *format, arg1, arg2, ...)
 
printf函数在format的控制下，对其参数进行转换与格式化，并在标准输出上打印出来。它返回打印的字符数。
 
格式字符串包含两种对象：普通字符和转换说明(conversion specification)。普通字符将被原样复制到输出流，而每一个转换说明将转换并打印printf的下一个参数。每个转换说明以%开始、以转换字符结束。在%和转换字符之间可能依次包含：
 
负号，指定左对齐
数字，指定最小宽度，如果大于实际宽度则用空格填充（默认右对齐）
小数点，用于分隔宽度和精度
数字，指定精度，即字符串要打印的最大字符数、浮点数小数点后的位数，或者整数要打印的最少数字数目
字母h或l，h表示将整数作为short类型打印，l表示将整数或浮点数作为long类型打印
 
下表列出了所有的转换字符。如果%后面的字符不是转换说明，则行为是未定义的。
 
转换字符
参数类型
输出形式
d, i
int
十进制整数
o
int
无符号八进制整数（没有前导0）
x, X
int
无符号十六进制整数（没有前导0x或0X）
u
int
无符号十进制整数
c
int
字符
s
char *
字符串，直到遇到''或由精度指定的字符数为止
f
double
浮点数，其中小数位数由精度指定（默认为6）
e, E
double
浮点数科学记数法，小数位数由精度指定（默认为6）
g, G
double
浮点数，有效数字位数由精度指定（默认为6），如果指数小于-4或大于等于精度则使用%e或%E，否则使用%f，尾部的0和小数点不打印
p
void *
指针
%
不转换参数，打印一个%
在转换说明中，宽度或精度可以指定为*，此时宽度或精度的值由下一个参数（必须是int类型）指定。例如，下列语句打印字符串s的至多max个字符：
 
printf("%.*s", max, s);
 
（注：转换说明%.*s将“消耗”两个参数）
 
下表展示了在打印字符串"hello, world"（12个字符）时不同转换说明的效果（在两端添加了冒号）：
 
%s        :hello, world:
%10s      :hello, world:
%15s      :   hello, world:
%-10s     :hello, world:
%-15s     :hello, world   :
%.10s     :hello, wor:
%.15s     :hello, world:
%15.10s   :     hello, wor:
%-15.10s  :hello, wor     :
 
下表是打印浮点数1234.5678时不同转换说明的效果：
 
%f        :1234.567800:
%8f       :1234.567800:
%15f      :    1234.567800:
%-8f      :1234.567800:
%-15f     :1234.567800    :
%.2f      :1234.57:
%.8f      :1234.56780000:
%15.2f    :        1234.57:
%-15.2f   :1234.57        :

%e        :1.234568e+03:
%8e       :1.234568e+03:
%15e      :   1.234568e+03:
%-8e      :1.234568e+03:
%-15e     :1.234568e+03   :
%.2e      :1.23e+03:
%.8e      :1.23456780e+03:
%15.2e    :       1.23e+03:
%-15.2e   :1.23e+03       :

%g        :1234.57:
%8g       : 1234.57:
%15g      :        1234.57:
%-8g      :1234.57 :
%-15g     :1234.57        :
%.2g      :1.2e+03:
%.8g      :1234.5678:
%15.2g    :        1.2e+03:
%-15.2g   :1.2e+03        :
 
下表是打印整数12345678时不同转换说明的效果：
 
%d        :12345678:
%6d       :12345678:
%15d      :       12345678:
%-6d      :12345678:
%-15d     :12345678       :
%.6d      :12345678:
%.10d     :0012345678:
%15.10d   :     0012345678:
%-15.10d  :0012345678     :
 
注意：printf函数使用第一个参数（格式字符串）判断后面参数的个数及类型。如果参数的个数不够或者类型错误，则将得到错误的结果。注意下面两个函数调用之间的区别：
 
printf(s);        
printf("%s", s);  
 
函数sprintf执行与函数printf相同的转换，但将结果保存到一个字符串中，而不是标准输出：
 
int sprintf(char *output, char *format, arg1, arg2, ...);
 
字符串output必须足够大以存放输出结果。
 
练习7-2 编写一个程序，以合理的方式打印任意输入。该程序至少能够根须用户习惯以八进制或十六进制打印非图形字符，并截断长文本行。
 
7.3 变长参数表 
本节通过实现printf函数的一个最简单版本minprintf来介绍如何以可移植的方式编写处理变长参数表的函数。由于重点关注参数处理，minprintf只处理格式字符串和参数，而通过调用printf函数实现格式转换。
 
printf函数的正确声明形式为
 
int printf(char *format, ...);
 
其中省略号表示这些参数的数量和类型是可变的。省略号只能出现在参数表的尾部。
 
minprintf函数声明为
 
void minprintf(char *format, ...);
 
编写minprintf函数的关键在于如何处理一个甚至连名字都没有的参数表。 标准头文件 包含一组宏定义，它们定义了如何遍历参数表。该头文件在不同机器上的实现是不同的，但提供的接口是一致的。
 
va_list类型用于声明一个变量，该变量将依次引用各参数（在minprintf中，该变量称为ap，意思是“参数指针”）
宏va_start将ap初始化为指向第一个无名参数的指针。在使用ap之前，该宏必须被调用一次。参数表必须至少包括一个有名参数，因为va_start将最后一个有名参数作为起点。
每次调用va_arg都将返回一个参数，并将ap指向下一个参数
va_end完成必要的清理工作，它必须在函数返回之前调用
 
简化的printf函数实现如下：
 
minprintf函数
 
练习7-3 改写minprintf函数，是它能完成printf函数的更多功能。
 
7.4 格式化输入——scanf 
7.5 文件访问 
7.6 错误处理——stderr和exit 
7.7 行输入和输出 
7.8 其他函数