字符串和格式化输入/输出：C语言中的文本处理艺术

在C语言中，字符串实际上是字符数组，以空字符'\0'作为结束标志。这种以null结尾的特性是C字符串处理函数工作的基础。
// 正确的字符串声明方式
char greeting1[] = "Hello, World!";  // 编译器自动计算大小并添加\0
char greeting2[14] = {'H', 'e', 'l', 'l', 'o', ',', ' ', 'W', 'o', 'r', 'l', 'd', '!', '\0'};

1.2 常见的字符串声明错误

初学者常犯的错误包括忘记分配足够的空间或遗漏终止符：
// 错误的字符串声明示例
char error1[5] = "Hello";  // 空间不足，缺少\0的位置
char error2[] = {'H', 'i'}; // 缺少终止符\0

1.3 字符串与字符指针

字符指针也可以用来处理字符串，但需要注意内存管理：

// 字符串指针的使用
const char *ptr1 = "This is a string literal";  // 指向字符串常量
char arr[] = "Modifiable string";
char *ptr2 = arr;  // 指向可修改的字符串

二、格式化输出函数printf

2.1 printf基本用法

printf是C语言中最常用的输出函数，其原型为：

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

使用示例：

#include <stdio.h>

int main() {
    int age = 25;
    float height = 1.75f;
    char *name = "Alice";
    
    printf("Name: %s\n", name);
    printf("Age: %d, Height: %.2f meters\n", age, height);
    
    return 0;
}

2.2 常用格式说明符

说明符	用途	示例
%d	十进制整数	printf("%d", 10)
%f	浮点数	printf("%.2f", 3.14159)
%c	单个字符	printf("%c", 'A')
%s	字符串	printf("%s", "hello")
%x	十六进制整数	printf("%x", 255)
%p	指针地址	printf("%p", &var)
%%	百分号字符	printf("%%")

2.3 高级格式化技巧

#include <stdio.h>

int main() {
    // 控制字段宽度和对齐
    printf("|%10s|\n", "Hello");    // 右对齐，宽度10
    printf("|%-10s|\n", "Hello");   // 左对齐，宽度10
    
    // 填充字符
    printf("%05d\n", 42);           // 输出00042
    
    // 科学计数法表示
    printf("%.3e\n", 12345.6789);   // 输出1.235e+04
    
    return 0;
}

三、格式化输入函数scanf

3.1 scanf基本用法

scanf用于从标准输入读取格式化数据，其原型为：

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

使用示例：

#include <stdio.h>

int main() {
    int age;
    float height;
    char name[50];
    
    printf("Enter your name, age and height: ");
    scanf("%49s %d %f", name, &age, &height);
    
    printf("Name: %s\nAge: %d\nHeight: %.2f\n", name, age, height);
    
    return 0;
}

3.2 scanf的安全问题与解决方案

scanf存在缓冲区溢出的风险，应当始终指定最大读取长度：
// 不安全的用法
char buffer[20];
scanf("%s", buffer);  // 可能溢出

// 安全的用法
scanf("%19s", buffer); // 最多读取19个字符+1个\0

3.3 scanf的返回值处理

scanf返回成功读取的项数，应始终检查返回值：

int items_read;
while ((items_read = scanf("%d %f", &num, &value)) != 2) {
    printf("Invalid input. Please try again.\n");
    // 清空输入缓冲区
    while (getchar() != '\n');
}

四、字符串输入输出函数

4.1 gets与fgets

gets函数用于从标准输入(stdin)读取一行字符串，其函数原型为
char *gets(char *str);
gets函数存在严重的安全隐患，因为它无法限制读取的字符数量。

特点：

缓冲区溢出风险：如果用户输入的数据比目标缓冲区大，gets会继续写入内存，导致缓冲区溢出

无长度检查：它不知道目标缓冲区的大小，会一直读取直到遇到换行符或EOF

已被C11标准废弃：现代C标准中已移除此函数

使用示例：
char name[10];  // 只能容纳9个字符+1个\0
gets(name);     // 如果用户输入超过9个字符就会溢出

gets函数极其危险，fgets是gets的安全替代品，其函数原型为：
char *fgets(char *str, int n, FILE *stream);
/* 参数说明：

* str：存储输入的字符数组

* n：最大读取字符数（包括结尾的null字符）

* stream：输入流（通常用stdin表示标准输入）
*/
特点：

安全性：可以指定最大读取长度，防止缓冲区溢出

保留换行符：如果读取的行中包含换行符，fgets会将其保留在字符串中

通用性：不仅可以从标准输入读取，也可以从任何文件流读取

使用示例：
#include <stdio.h>

int main() {
    char buffer[100];
    printf("Enter a string: ");
    fgets(buffer, sizeof(buffer), stdin);  // 安全读取
    printf("You entered: %s\n", buffer);
    return 0;
}

4.2 puts与fputs

puts函数用于向标准输出(stdout)输出字符串，并自动添加换行符，其函数原型为：
int puts(const char *str);
特点：

自动添加换行符：在输出字符串后会自动添加\n

只输出到stdout：不能指定其他输出流

参数为字符串指针：接受以null结尾的字符串

返回值：成功返回非负值，失败返回EOF

使用示例：
#include <stdio.h>

int main() {
    const char *message = "Hello, World!";
    puts(message);  // 输出字符串并自动换行
    puts("This is another line."); // 再次输出并换行
    return 0;
}
输出结果：
Hello, World!
This is another line.

fputs是puts的通用版本，可以向任意输出流写入字符串，其函数原型为：
int fputs(const char *str, FILE *stream);
参数说明：

str：要输出的字符串

stream：输出流（如stdout、文件指针等）

特点

不自动添加换行符：需要手动添加\n
输出流灵活：可以输出到文件、标准输出、标准错误等
效率较高：适合大量数据的连续输出
返回值：成功返回非负值，失败返回EOF

使用示例：
#include <stdio.h>

int main() {
    const char *message = "Hello, fputs!";
    
    // 输出到标准输出
    fputs(message, stdout);
    fputs("\n", stdout);  // 需要手动添加换行
    
    // 输出到文件
    FILE *fp = fopen("output.txt", "w");
    if (fp != NULL) {
        fputs(message, fp);
        fputs("\n", fp);  // 文件输出也需要手动换行
        fclose(fp);
    }
    
    return 0;
}

五、sprintf和snprintf

5.1 sprintf的安全隐患

sprintf函数用于将格式化的数据写入字符串缓冲区，其函数原型为：
int sprintf(char *str, const char *format, ...);
特点：

格式化功能强大：支持所有printf风格的格式化

不检查缓冲区大小：可能导致缓冲区溢出

返回写入字符数：不包括终止null字符

目标缓冲区需足够大：程序员需自行确保

使用示例：
#include <stdio.h>

int main() {
    char buffer[100];
    int number = 42;
    float pi = 3.14159f;
    
    sprintf(buffer, "数字是%d, 圆周率约等于%.2f", number, pi);
    puts(buffer);
    
    return 0;
}
输出结果：
数字是42, 圆周率约等于3.14
安全隐患：
char small_buf[10];
int large_num = 1234567890;

// 危险：可能导致缓冲区溢出
sprintf(small_buf, "%d", large_num);

5.2 snprintf的安全用法

snprintf是sprintf的安全版本，增加了缓冲区大小参数，其函数原型为：
int snprintf(char *str, size_t size, const char *format, ...);
特点：

缓冲区大小限制：防止溢出

保证null终止：只要size > 0

返回值有意义：返回欲写入的字符数(不包括null)

截断检测：若返回值 >= size，表示被截断

使用示例：
#include <stdio.h>

int main() {
    char buffer[20];
    int number = 12345;
    
    snprintf(buffer, sizeof(buffer), "数字是%d", number);
    puts(buffer);
    
    return 0;
}
输出结果：
数字是12345