【重学C语言】第六章：重学输入和输出

一、三个标准流：stdin、stdout、stderr

标准输出流（stdout）

对应的文件表示符为：1

对于为什么打印一行字符串为什么会默认打印倒终端中，因为操作系统把标准输出流定向到了终端环境中。

程序可以使用标准输出函数（如 printf、puts 等）将数据输出到 stdout，从而在终端上显示结果。

标准输入流（stdin）

对应的文件表示符为：0

默认在终端环境中进行读取数据。

用户可以通过键盘向程序提供输入，该输入会被发送到stdin中。程序可以使用标准输入函数（如scanf、fgets等）从stdin中读取数据。

标准错误输出流（stderr）

对应的文件表示符：2

默认输出定向是终端环境中。

程序可以使用标准错误输出函数（如fprintf(stderr, ...)将错误信息输出到stderr，从而在终端上显示错误。

三个流的缓冲区

代码演示：

1. 对于3种流的最基本的使用：

#include<stdio.h>

int main() {
    //利用标准输出流输出
    printf("hello world\n");// stdout
    int n;
    //利用标准输入流进行读取数据
    scanf("%d", &n);// stdin
    printf("n = %d\n", n);
    //利用了标准错误输出流进行输出数据
    perror("out of range\n");//stderr
    return 0;
}

代码执行结果：

2. 对于缓冲区的认识

#include<stdio.h>

int main() {
    printf("alskaskldjaslkdjlaskld123");
    *((int *)(0)) = 5;
    return 0;
}

执行结果：

可以看到终端上没有打印printf函数内的内容，但不能说明printf函数那句代码是有错误的，只是内容还在输出缓冲区里面，还没有进行输出，程序就执行崩溃了。

继续往下看：

在printf函数内容种最后加上一个换行符(\n)，看输出结果：

因为遇到换行符 \n 时会触发缓冲区的刷新，即将缓冲区中的数据输出到终端中。

这就体现了缓存区的作用。

另一种方法就是使用fflush进行对内容输出：

#include<stdio.h>

int main() {
    printf("alskaskldjaslkdjlaskld123\n");
    //stdout在操作系统种也是文件
    //利用fflush函数进行对stdout文件进行冲刷，也就是刷新他的缓冲区
    //然后内容就会打印到终端上
    fflush(stdout);
    *((int *)(0)) = 5;
    return 0;
}

执行结果：

窥探标准流fscanf和fprintf

#include<stdio.h>

int main() {
    //向标准输出流种输出hello world
    fprintf(stdout, "hello world\n");
    //向标准输入流种读入数据
    int n;
    fscanf(stdin, "%d", &n);
    //向标准错误输出流种打印n的值
    fprintf(stderr, "n = %d\n", n);
    return 0;
}

执行结果：

标准流的重定向

如何讲输出内容重定向输出到一个文件中？

两种方式

第一种方法

是用freopen函数进行重定向

如何使用：

#include<stdio.h>

int main() {
    //参数一需要输出的新文件名
    //参数二以打开文件的什么模式
    //参数三需要重新定向的文件指针
    freopen("output.txt", "w", stdout); //r代表读文件，w代表写文件
    freopen("input.txt", "r", stdin); //r代表读文件，w代表写文件
    printf("hello freopen yes\n");
    char s[1000] = {0};
    //当读入到文件结尾时，循环结束
    while (scanf("%[^\n]", s) != EOF) {
        //getchar()从标准输入流中读取一个字符
        //这里为什么要使用到getchar()
        //因为在使用scanf时
        //里面的字符匹配集是非\n就读取
        //那么在最后遇到\n的时候结束读取
        //最后输入流中会存留一个\n
        //然后scanf一直不读取
        //最后造成了while死循环
        //所以在这需要使用一个getchar()来对\n进行处理掉
        getchar();
 
        printf("%s | hello world\n", s);
    }
    return 0;
}

input.txt(这个文件是需要自己创建，并在里面写东西的):

ni hao
优快云 
GCC
Good

执行前，只有input.txt和源代码文件：

执行后（a.out是源代码编译后的可执行程序）：

发现output.txt在执行程序后被创建出来，再看看output.txt中的内容：

和程序设计还有想法是一样的结果。

第二种方法：

在命令中执行重定向（只能在linux环境下可以使用）

需要用到的源代码

#include<stdio.h>

int main() {
    char s[1000] = {0};
    while (scanf("%[^\n]", s) != EOF) {
        getchar();
        printf("%s | hello world\n", s);
    }
}

然后进行对源文件的编译：

在进行对文件的标准输出流重定向到output.txt文件中，因为是输出所以需要指向目标文件

在输入的最后，需要手动打入一个文件结束，ctrl+D，表示输入结束。

然后打开output.txt文件查看

在试一下对执行文件的标准输入流重定向，因为是需要读入所以需要目标文件是可执行程序，需要指向自己

用命令行重定向标准错误输出流

#include<stdio.h>

int main() {
    char s[1000] = {0};
    int i = 1;
    while (scanf("%[^\n]", s) != EOF) {
        getchar();
        fprintf(stderr, "%d test\n", i++);
        printf("%s | hello world\n", s);
    }
}

执行命令：

2是表示标准错误流的文件表示符,然后讲标准错误输出流重定向到output_err.txt文件中.

执行效果：

重学scanf

scanf函数读入缓存区

先用scanf读入两个整形：

现在在缓冲区中有一段内容，然后进行读取，直到读到第一个非法字符。

当读入到空格时,空格就是这个非法字符,此时停止,然后把123转为整形赋值给变量a

然后会跳过空白符,也就是空格,然后再进行读取,在次读到非数字字符时会进行停止,然后给变量b进行赋值.

最后结果,然后缓存区中只有换行符.

scanf读入%c

在当前缓存区中，%c会读取456前面的空格字符，而不是读入’4’这个字符.

下面用程序进行演示：

#include<stdio.h>

int main() {
    char c1, c2;
    int a, b;
    scanf("%d", &a);
    scanf("%c%c", &c1, &c2);
    scanf("%d", &b);
    printf("a = %d, b = %d\n", a, b);
    printf("c1 = %d, c2 = %d\n", c1, c2);
    return 0;
}

执行结果：

处理scanf读入残值的技巧

利用getchar()吞掉一个字符

下面的代码演示：

getchar()的用法

#include<stdio.h>

int main() {
    int a, b;
    scanf("%d%d", &a, &b);
    //利用getchar吞掉换行符
    getchar();
    char c = 'x';
    scanf("%c", &c);
    printf("a = %d, b = %d, c = %c\n", a, b, c);
    return 0;
}

执行结果：

利用getchar() 吞掉\n符，准确的给字符c进行赋值

二、实现一个printf函数

步骤如下

第一步：实现printf函数声明

#include<stdio.h>
int my_printf(const char *format, ...) {
 
}

int main() {

    return 0;
}

第二步：实现输出“hello world“功能

还处理了一个问题%特殊情况处理.

#include<stdio.h>
 
//这个宏定义是测试printf和my_printf区别
#define TEST(format, args...) {\
    int n1, n2;\
    n1 = printf(format, ##args);\
    n2 = my_printf(format, ##args);\
    printf("n1 = %d, n2 = %d\n", n1, n2);\
}

int my_printf(const char *format, ...) {
    #define PUTC(c) putchar(c), cnt += 1
    //cnt代表输出了多少个字符
    int cnt = 0;
    for (int i = 0; format[i]; i++) {
        switch (format[i]) {
            //如果当前字符是%，那么就需要对下个字符进行特殊处理
            case '%': {
                switch (format[i + 1]) {
                    //当有两个%时，那就需要打印一个%
                    case '%': {
                        PUTC(format[i + 1]);
                        //对于下个位置已经处理所以需要i+1
                        i++;
                    } break;
                }
            } break;
            default : PUTC(format[i]); break;
        }
        //putchar() 是向屏幕上打印一个字符
    }
    return cnt;
}
 
int main() {
    //测试printf和my_printf输出hello world
    TEST("hello world\n");
    //对于printf%%输出就是一个%
    //由于printf对%是特殊处理，那么对于my_printf也就需要特殊处理
    TEST("100%%\n");
    return 0;
}

执行结果：

第三步实现%s输出功能

#include <stdio.h>
#include <stdarg.h>

//这个宏定义是测试printf和my_printf区别
#define TEST(format, args...) {\
    int n1, n2;\
    n1 = printf(format, ##args);\
    n2 = my_printf(format, ##args);\
    printf("n1 = %d, n2 = %d\n", n1, n2);\
}

int my_printf(const char *format, ...) {
    #define PUTC(c) putchar(c), cnt += 1
    va_list args;//args表示变参列表
    va_start(args, format);//变参列表从format参数后面开始
    //cnt代表输出了多少个字符
    int cnt = 0;
    for (int i = 0; format[i]; i++) {//这里中间条件用到了format[i],当format[i] = '\0'时表示循环结束
        switch (format[i]) {
            //如果当前字符是%，那么就需要对下个字符进行特殊处理
            case '%': {
                switch (format[i + 1]) {
                    //当有两个%时，那就需要打印一个%
                    case '%': {
                        PUTC(format[i + 1]);
                        //对于下个位置已经处理所以需要i+1
                        i++;
                    } break;
                    //%后接s那么就是字符串的格式占位符
                    //然后这里就需要用到变参列表的解析
                    case 's': {
                        //获取变参列表的参数,并且该参数的类型为char *类型
                        const char *s = va_arg(args, const char *);
                        //获取到字符串后,进行打印字符串
                        for (int j = 0; s[j]; j++) PUTC(s[j]);
                        //s这个字符被处理掉了，不需要打印了，位置需要往后移
                        i++;
                    } break;
                }
            } break;
            default : PUTC(format[i]); break;
        }
        //putchar() 是向屏幕上打印一个字符
    }
    return cnt;
}

int main() {
    //测试printf和my_printf输出hello world
    TEST("hello world\n");
    //对于printf%%输出就是一个%
    //由于printf对%是特殊处理，那么对于my_printf也就需要特殊处理
    TEST("100%%\n");
    TEST("%s\n", "hello world 100 %%");
    return 0;
}

执行结果：

第四步实现%d输出功能

#include <stdio.h>
#include <inttypes.h>
#include <stdarg.h>
#include <math.h>
#include <limits.h>
 
//这个宏定义是测试printf和my_printf区别
#define TEST(format, args...) {\
    int n1, n2;\
    n1 = printf(format, ##args);\
    n2 = my_printf(format, ##args);\
    printf("n1 = %d, n2 = %d\n", n1, n2);\
}
 
int my_printf(const char *format, ...) {
    #define PUTC(c) putchar(c), cnt += 1
    va_list args;//args表示变参列表
    va_start(args, format);//变参列表从format参数后面开始
    //cnt代表输出了多少个字符
    int cnt = 0;
    for (int i = 0; format[i]; i++) {//这里中间条件用到了format[i],当format[i] = '\0'时表示循环结束
        switch (format[i]) {
            //如果当前字符是%，那么就需要对下个字符进行特殊处理
            case '%': {
                switch (format[i + 1]) {
                    //当有两个%时，那就需要打印一个%
                    case '%': {
                        PUTC(format[i + 1]);
                        //对于下个位置已经处理所以需要i+1
                        i++;
                    } break;
                    //%后接s那么就是字符串的格式占位符
                    //然后这里就需要用到变参列表的解析
                    case 's': {
                        //获取变参列表的参数,并且该参数的类型为char *类型
                        const char *s = va_arg(args, const char *);
                        //获取到字符串后,进行打印字符串
                        for (int j = 0; s[j]; j++) PUTC(s[j]);
                        //s这个字符被处理掉了，不需要打印了，位置需要往后移
                        i++;
                    } break;
                    //%后接d那么就是整形的格式占位符
                    case 'd': {
                        //获取变参列表的参数,并且该参数的类型为char *类型
                        const int num = va_arg(args, const int);
                        //这里就需要率到如何进行把每一位数字进行输出
                        //因为putchar只能打印单个字符
                        //那么就用数组将数字进行存储起来
                        int8_t arr[20];//int8_t表示只有8位带符号的整形数字,只占8bit位,头文件<inttype.h>
                        //现在进行对num数字每位进行存储在数组中
                        int n = num, ind = 0;
                        if (n < 0) PUTC('-');//n为负数时需要输出负号
                        do {
                            //从个位进行每位存储在数组中
                            arr[ind++] = n % 10;
                            n /= 10;
                        } while(n);//因为n = 0不会进入循环，那么就无法进行输出,所以使用do while循环先执行一次
                        //因为个位在第一位，所以需要倒过来输出
                        for (; ind > 0; ind--) {
                            //ind - 1是因为，当前ind位置是空的，最高位在ind - 1上
                            //当num为负数时需要，将他变为正数进行输出
                            if (num < 0) PUTC(-arr[ind - 1] + '0');
                            else PUTC(arr[ind - 1] + '0');
                        }
                        i++;//与之前的操作同理
                    }
                }
            } break;
            default : PUTC(format[i]); break;
        }
        //putchar() 是向屏幕上打印一个字符
    }
    return cnt;
}
 
int main() {
    //测试printf和my_printf输出hello world
    TEST("hello world\n");
    //对于printf%%输出就是一个%
    //由于printf对%是特殊处理，那么对于my_printf也就需要特殊处理
    TEST("100%%\n");
    TEST("%s\n", "hello world 100 %%");
    int a = 123;
    TEST("a = %d\n", a);
    a = 0;
    TEST("a = %d\n", a);
    a = INT_MAX;
    TEST("a = %d\n", a);
    a = INT_MIN;
    TEST("a = %d\n", a);
    return 0;
}

执行结果：

这里我只截取了关于实现%d输出功能的结果

可以发现我们实现的my_printf对于正数,负数,0都可以输出

第五步实现%x输出功能

#include <stdio.h>
#include <inttypes.h>
#include <stdarg.h>
#include <math.h>
#include <limits.h>
 
//这个宏定义是测试printf和my_printf区别
#define TEST(format, args...) {\
    int n1, n2;\
    n1 = printf(format, ##args);\
    n2 = my_printf(format, ##args);\
    printf("n1 = %d, n2 = %d\n", n1, n2);\
}
 
char get_16_code(int n) {
    //当这一位小于10，在16进制中还是用数字表示
    if (n < 10) return n + '0';
    //当这一位大于10，在16进制中需要用字母表示
    //a 10, b 11, c 12, d 13, e 14, f 15
    return n - 10 + 'a';
}
 
int my_printf(const char *format, ...) {
    #define PUTC(c) putchar(c), cnt += 1
    va_list args;//args表示变参列表
    va_start(args, format);//变参列表从format参数后面开始
    //cnt代表输出了多少个字符
    int cnt = 0;
    for (int i = 0; format[i]; i++) {//这里中间条件用到了format[i],当format[i] = '\0'时表示循环结束
        //putchar() 是向屏幕上打印一个字符
        switch (format[i]) {
            //如果当前字符是%，那么就需要对下个字符进行特殊处理
            case '%': {
                switch (format[i + 1]) {
                    //当有两个%时，那就需要打印一个%
                    case '%': {
                        PUTC(format[i + 1]);
                        //对于下个位置已经处理所以需要i+1
                        i++;
                    } break;
                    //%后接s那么就是字符串的格式占位符
                    //然后这里就需要用到变参列表的解析
                    case 's': {
                        //获取变参列表的参数,并且该参数的类型为char *类型
                        const char *s = va_arg(args, const char *);
                        //获取到字符串后,进行打印字符串
                        for (int j = 0; s[j]; j++) PUTC(s[j]);
                        //s这个字符被处理掉了，不需要打印了，位置需要往后移
                        i++;
                    } break;
                    //%后接d那么就是整形的格式占位符
                    case 'd': {
                        //获取变参列表的参数,并且该参数的类型为char *类型
                        const int num = va_arg(args, const int);
                        //这里就需要率到如何进行把每一位数字进行输出
                        //因为putchar只能打印单个字符
                        //那么就用数组将数字进行存储起来
                        int8_t arr[20];//int8_t表示只有8位带符号的整形数字,只占8bit位,头文件<inttype.h>
                        //现在进行对num数字每位进行存储在数组中
                        int n = num, ind = 0;
                        if (n < 0) PUTC('-');//n为负数时需要输出负号
                        do {
                            //从个位进行每位存储在数组中
                            arr[ind++] = n % 10;
                            n /= 10;
                        } while(n);//因为n = 0不会进入循环，那么就无法进行输出,所以使用do while循环先执行一次
                        //因为个位在第一位，所以需要倒过来输出
                        for (; ind > 0; ind--) {
                            //ind - 1是因为，当前ind位置是空的，最高位在ind - 1上
                            //当num为负数时需要，将他变为正数进行输出
                            if (num < 0) PUTC(-arr[ind - 1] + '0');
                            else PUTC(arr[ind - 1] + '0');
                        }
                        i++;//与之前的操作同理
                    } break;
                    case 'x': {
                        //因为十六进制输出是不带符号的,所以需要用到无符号整形
                        unsigned int num = va_arg(args, unsigned int);
                        int8_t arr[20], ind = 0;
                        do {
                            //因为需要转换为16进制,所以需要对16进行取余
                            arr[ind++] = num % 16;
                            num /= 16;
                        } while(num);
                        for (; ind > 0; ind--) {
                            //实现一个方法将10进制转为16进制
                            PUTC(get_16_code(arr[ind - 1]));
                        }
                        i++;//同理
                    } break;
                }
            } break;
            default : PUTC(format[i]); break;
        }
    }
    return cnt;
}
 
int main() {
    //测试printf和my_printf输出hello world
    TEST("hello world\n");
    //对于printf%%输出就是一个%
    //由于printf对%是特殊处理，那么对于my_printf也就需要特殊处理
    TEST("100%%\n");
    TEST("%s\n", "hello world 100 %%");
    int a = 123;
    TEST("a = %d\n", a);
    a = 0;
    TEST("a = %d\n", a);
    a = INT_MAX;
    TEST("a = %d\n", a);
    a = INT_MIN;
    TEST("a = %d\n", a);
    TEST("123 = %x\n", 123);
    TEST("-1 = %x\n", -1);
    TEST("INT_MAX = %x\n", INT_MAX);
    TEST("INT_MIN = %x\n", INT_MIN);
    return 0;
}

执行结果：

三、文章说明

这篇文章的原文是按照我所购买的课程ACM金牌带你零基础直达C语言精通_哔哩哔哩_bilibili的课代表笔记C语言笔记:重学输入和输出_stdout所进行抄写并修改添加了一些微小的内容。因为讲课内容和课代表笔记大差不差，我没有必要为已经学过的C语言重新自己写笔记，所以就抄写了原笔记内容再添加和修改了一些，用来自己和大家学习。