谷雨同学的 C++ 教程

C 输入输出

在 C++ 中，我们用 cin 和 cout 来控制输入输出；然而在 C 中，我们需要用两个函数

int scanf(const char*, ...);
int printf(const char*, ...);

来做这件事情。比如

int a{42};
cin >> a;
cout << a;

需要替换成

int a = 42;
scanf("%d", &a);
printf("%d", a);

输出：printf

首先，我们来看一下 printf 输出的用法。printf 这个函数它的第一个参数是一个字符串（实际上是指针）。在默认情况下，程序会输出这个字符串的内容，比如：

printf("Hello, world!");

就会输出 Hello, world!。如果你要输出一个数，你就需要在输出数的位置上加上占位符（Placeholder）。比如，我想输出 Hello 42，就需要这样做：

printf("Hello %d", 42);

其中，%d 表示这里应该输出一个整数。输出哪个整数呢？这个值应当在后面的第二参数提供。类似地，你可以输出两个、三个整数：

printf("The sum of %d and %d is %d", a, b, a + b);

这里面提供了三个 %d 占位符，它们分别对应 printf 后面的第二、第三、第四个参数。这时，如果 a 为 1，b 为 2 ，就会输出 The sum of 1 and 2 is 3。

C 语言没有判断参数类型的能力，所以你需要通过占位符来指定输出内容的类型。比如，刚刚 %d 表示这里应当输出 int 类型的值。类似地，%f 表示输出 double 类型的值。

常用类型的占位符分别是：

类型占位符
int%d
short%hd
long%ld
long long※%lld
unsigned int%u
unsigned short%hu
unsigned long%lu
unsigned long long※%llu
double%f
long double%Lf
字符类型%c
指针类型（void*）%p
字符串（char*）%s

※ C99 起

除此之外，还有这些占位符：

占位符含义
%o以八进制输出 unsigned int ，类似地有 %ho %lo %llo （含义同上）
%x以十六进制输出 unsigned int，类似地有 %hx %lx %llx
%X同上；但字母大写
%e以科学记数法输出 double，类似地有 %Le
%E同上；但字母大写
%a※以十六进制输出 double，类似地有 %La
%A※同上；但字母大写
%g取 %f 和 %e 中较短者输出
%G取 %f 和 %E 中较短者输出
%%输出 %

※ C99 起

除此之外，在 % 后面可以可选地依次加上 修饰、宽度 和 精度 的限制，即。

%修饰 宽度 精度 h/l/ll/L 上述占位符

其中：

  • 修饰 是如下字符之一：
    • -：指明输出左对齐（见下）
    • +：强制输出正号
    • ：强制正数多输出一个空格（从而与负号对齐）
    • #：调整输出格式：
      • 对于整型，输出 0 0x 0X 前缀；
      • 对于浮点类型，强制输出小数点
    • 0：用 0 而非 作为补齐字符
  • 宽度 是如下之一：
    • 整数：指定输出的最小宽度；默认左侧补齐空格（此行为可通过 修饰 改变）
    • * 字符：宽度 由该占位符对应参数前的一个额外 int 参数提供
  • 精度 是如下之一：
    • .整数：
      • 对于整型，指定最小位数为 整数；
      • 对于浮点类型，指定小数点后位数为 整数；
      • 对于 %g 或 %G 等，指定最大有效数字个数为 整数；
      • 对于字符串，指定最大输出字符个数
    • .*：精度 由该占位符对应参数前的一个额外 int 参数提供

例：

#include <stdio.h>
int main(void) {
    printf("Strings:\n");
    const char* s = "Hello";
    printf(".%10s.\n.%-10s.\n.%*s.\n", s, s, 10, s);

    printf("Characters:     %c %%\n", 65); /* 65: 'A' */

    printf("Integers\n");
    printf("Decimal:        %i %d %.6i %i %.0i %+i %u\n", 1, 2, 3, 0, 0, 4, -1);
    printf("Hexadecimal:    %x %x %X %#x\n", 5, 10, 10, 6);
    printf("Octal:          %o %#o %#o\n", 10, 10, 4);

    printf("Floating point\n");
    printf("Rounding:       %f %.0f %.32f\n", 1.5, 1.5, 1.3);
    printf("Padding:        %05.2f %.2f %5.2f\n", 1.5, 1.5, 1.5);
    printf("Scientific:     %E %e\n", 1.5, 1.5);
    printf("Hexadecimal:    %a %A\n", 1.5, 1.5);
    return 0;
}

输出：

Strings:
.     Hello.
.Hello     .
.     Hello.
Characters:     A %
Integers
Decimal:        1 2 000003 0  +4 4294967295
Hexadecimal:    5 a A 0x6
Octal:          12 012 04
Floating point
Rounding:       1.500000 2 1.30000000000000004440892098500626
Padding:        01.50 1.50  1.50
Scientific:     1.500000E+00 1.500000e+00
Hexadecimal:    0x1.8p+0 0X1.8P+0

输入：scanf

在日常的使用中，输入函数 scanf 相对比较容易。它同样使用占位符的语法，比如：

int a;
scanf("%d", &a);

中，%d 指明这里期望输入一个 int 类型的值。需要注意的是，scanf 后面的参数需要是地址，所以我们将变量 a 的地址 &a 放了进去。当执行 scanf 时，程序将读取到的值放在这个地址所指定的位置上。

需要取地址是因为 C 语言没有引用导致的。

类似地，如果要输入两个数，则

int a, b;
scanf("%d%d", &a, &b); /* 即 C++ 中的 cin>>a>>b; */

这样写。这时，它们处理输入的规则与 cin 是类似的：遇到空白字符停止此次读入并忽略它们，直至下一次读取。

和 printf 类似，scanf 接受以下占位符：

占位符对应参数类型
%dint*
%hdshort*
%ldlong*
%lld ※long long*
%uunsigned int*
%huunsigned short*
%luunsigned long*
%llu ※unsigned long long*
%ffloat*
%lfdouble*
%Lflong double*
%cchar*
%s字符串（char*，见下文）

※ C99 起

其中，%s 较为特殊。它常见的用法是：

char a[30] = {};
scanf("%s", a);

注意这里无需取 a 的地址：因为数组 a 将转换为指向首元素 a[0] 的 char* 类型指针，这正是 %s 占位符所期望的。当使用 %s 时，程序会将读取到的字符挨个放在以参数地址为首的连续内存中，直至空白字符为止，并在最后追加 '\0'。

类似地，scanf 还接受以下占位符：

占位符含义
%o期望八进制输入到 unsigned int* ，类似地有 %ho %lo %llo
%x / %X期望十六进制输入到 unsigned int*，类似地有 %hx %lx %llx
%i通过前缀推测进制，并输入到 int*，类似地有 %hi %li %lli

scanf 还接受匹配语法。比如

scanf("%d,%d", &a, &b);

期望形如“逗号分隔的两个整数”这样的输入；若未能得到这样的输入，则导致输入失败（见下文）。

scanf 还提供了类正则的语法，提供形如 %[0-9] 的占位符（实现定义）。scanf 也允许提供 宽度，若存在 宽度 则限定读入的最多字符数。若字符 * 出现在 scanf 占位符的 % 后，则此占位符并不对应到任何参数。使用 %% 占位符来匹配 % 字符。

输入失败（选读）

若 scanf 未能按照占位符的规定读取到期望的值，亦或者没有匹配到期望的模式，抑或出现了 EOF，则导致输入失败。你可以通过 scanf 的返回值来判断输入失败：

  • scanf 在正常情况下返回成功写入的变量个数：比如 scanf("%d%d", &a, &b) 在正常情况下返回 2；
  • 若某个模式匹配发生失败（比如期望整数但读取到非数字的字符），则后续的匹配输入不再进行，只返回当前成功匹配并写入的变量个数。
  • 若发生了 EOF 错误，则返回 EOF。EOF 是一个定义于头文件 stdio.h 的宏，你可以把它理解成一个 int 类型的值。

所以你可以这样判断输入是否出现问题：

int a;
// scanf("%d", &a) 在正常时返回 1，匹配失败时返回 0，EOF 时返回 EOF
if (scanf("%d", &a) != 1) {
    printf("scanf failed");
}
/* 类似 C++ 中 if (cin >> a) ... */

解决的办法和 cin 类似，首先需清除失败状态，然后清空缓冲区。清除失败状态可通过调用 clearerr，而清空缓冲区的一般方法是调用 getchar 耗尽：

int a;
if (scanf("%d", &a) != 1) {
    printf("scanf failed");
    clearerr(stdin); /* 清除失败状态（有时可省去） */
    /* 以下是清空一行缓冲区的代码 */
    int ch;
    while((ch = getchar()) != '\n' && ch != EOF);
}

不过确实比较麻烦。

在 C 中，字符类型在更多场合下用 int 存储而非 char，原因就是需要足够大的空间提供给 EOF 这个特殊字符。比如 getchar 函数（作用类似 C++ 中 cin.get()）就返回 int 类型。

有资料说 fflush(stdin); 可用于清理缓冲区，但这实际上是未定义行为。

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代码未运行