C语言中的字符输入/输出和验证输入

在C语言中，字符输入/输出功能允许程序与用户进行交互，读取用户的输入信息并展示输出结果。同时，验证输入的作用在于确保用户输入的数据符合预期，以提高程序的稳定性和可靠性，防止无效输入引发的错误或异常行为，从而提供更好的用户体验。

基础概念

  • 输入(Input)：指的是向程序填充数据的过程，通常来源于用户输入、文件读取或其他外部数据源。

  • 输出(Output)：指的是将数据显示在屏幕上、打印机上或写入文件的过程。

  • 缓冲区：

    • 输入/输出操作通常通过缓冲区进行，以提高效率。
    • 用户输入的字符首先存储在输入缓冲区，直到程序准备好读取。
    • 程序输出的字符首先写入输出缓冲区，然后在适当的时机（如缓冲区满或遇到换行符）刷新到输出设备。

  • 输入验证：

    • 输入验证是检查用户输入是否符合程序预期或特定格式的过程。
    • 它是确保程序健壮性和安全性的重要步骤。
    • 防止无效或恶意输入导致程序崩溃或产生不可预测的行为。
    • 确保用户输入的数据符合程序内部逻辑的要求。

  • 验证方法：

    • 格式验证：检查输入是否符合预期的格式，如日期、电子邮件地址等。
    • 范围验证：确保输入值在预期的范围内，如年龄、价格等。
    • 类型验证：确认输入是预期的数据类型，如整数、浮点数等。

在C语言中还有EOF和 FILE两个重要概念，分别代表文件结束标记和文件类型：

  • EOF：
    EOF（End Of File）是一个预定义的宏，通常在 <stdio.h>头文件中定义。它表示文件的结束标记，用于在读取文件时检测是否已经到达文件的末尾。在大多数系统中，EOF 的值通常是 -1，但这个值并不是由C标准规定的，而是依赖于具体的系统和编译器，当使用如 scanf(), fgetc(), fgets() 等函数读取文件时，如果到达文件末尾，这些函数通常会返回 EOF，从而允许程序知道已经没有更多的数据可以读取了。

  • FILE：
    FILE是C标准库 <stdio.h>中定义的一个结构体类型，用于表示一个文件流。这个结构体包含了管理文件所需的所有信息，如文件描述符、缓冲区、位置指示器等，C标准库提供了一系列的函数来操作 FILE 类型的对象，如 fopen(), fclose(), fread(), fwrite(), fseek(), ftell() 等。这些函数使得C语言程序能够以高级的方式处理文件，而无需关心底层操作系统的细节。

  • 输入验证与缓冲区的关系：
    在进行输入验证时，需要注意缓冲区中可能残留的数据。例如，如果用户输入了不符合要求的数据，这些数据可能会留在stdin缓冲区中。在下次输入时，如果不先清空缓冲区，这些残留数据可能会被误读为新的输入，导致程序出错。因此，在进行输入验证时，需要妥善处理缓冲区中的数据。

单字符标准输入

函数名描述
getchar从标准输入(stdin)读取一个字符

C语言中的单字符输入使用 getchar() 函数， getchar()函数可以读取用户在终端输入的一个字符。

// getchar.c
#include <stdio.h>  
int main() {printf("请输入一个字符：\n");  char ch = getchar();  // 在终端输入一个字符  printf("你输入的字符是：%c\n", ch);  // 输出输入的字符  return 0;  
}

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单字符标准输出

函数名描述
putchar输出一个字符到标准输出(stdout)
#include <stdio.h>  
int main() {char ch = 'a';putchar(ch);return 0;  
}

在这里插入图片描述

标准输入

函数名描述
scanf从标准输入(stdin)读取格式化的数据
fgets从标准输入(stdin)读取一个字符串，直到遇到换行符或EOF（也可用于标准输入）（gets函数已被弃用）

sacnf()函数：

在C语言中使用 scanf()函数 从标准输入读取数据，并根据指定的格式进行解析。虽然它不仅仅用于字符输入，但可以用来读取字符或字符串。

#include <stdio.h>    
int main() {  char name[20];  int age;  float height;  printf("你好呀老铁，你叫什么名字？：\n");  scanf("%19s", name); // %19s 限制输入的最大字符数为19，防止溢出  printf("你今年几岁了？：\n");  scanf("%d", &age);  printf("你多高呀？：\n");  scanf("%f", &height);  printf("你好呀%s，你今年%d岁了，身高%.2f米。\n", name, age, height);  return 0;  
}

fgets()：
函数用于从指定的文件流中读取一行数据，直到达到指定的字符数，或者读到换行符或EOF为止。

stdin：
是C语言中的一个标准输入流，它是一个指向FILE的指针,一般情况下，stdin与程序的标准输入设备（比如键盘键盘）相关联，可以使用像fgets这样的函数从stdin中读取数据。

sscanf：
函数用于从一个字符串中读取与指定格式匹配的输入。

#include <stdio.h>  
#include <string.h>  // 定义用户信息的结构体  
typedef struct {  char name[20];  int age;  float height;  
} UserInfo;  int main() {  UserInfo user;  char buffer[100];  printf("你好呀老铁，你叫什么名字？：\n");  fgets(buffer, sizeof(buffer), stdin); buffer[strcspn(buffer, "\n")] = 0;strncpy(user.name, buffer, sizeof(user.name) - 1); printf("你今年几岁了？：\n");  fgets(buffer, sizeof(buffer), stdin);  sscanf(buffer, "%d", &user.age); printf("你多高呀？：\n");  fgets(buffer, sizeof(buffer), stdin);  sscanf(buffer, "%f", &user.height); printf("你好呀%s，你今年%d岁了，身高%.2f米。\n", user.name, user.age, user.height);  return 0;  
}

标准输出

函数名描述
printf将格式化的数据输出到标准输出(stdout)
puts输出一个字符串到标准输出(stdout)，并在末尾添加换行符
#include <stdio.h>  int main() {  printf("Hello, World!\n");  printf("This is a number: %d\n", 123);  printf("This is a floating point number: %.2f\n", 3.14159);  printf("This is a character: %c\n", 'A');  printf("This is a string: %s\n", "Hello from a string");  puts("This is a line printed by puts function.");  return 0;  
}

puts函数适用于简单的字符串输出需求，尤其是当需要在输出后自动换行的时候，printf函数则更加灵活和强大，适用于需要格式化输出或同时输出多种数据类型的情况。
在这里插入图片描述

输入输出流

函数名描述
fopen打开一个文件，并返回一个与之相关联的文件指针
fclose关闭一个打开的文件流
fprintf将格式化的数据写入文件
fscanf从文件中读取格式化的数据
fputc将一个字符写入到指定的文件流中
fgetc从指定的文件流中读取一个字符
fputs将一个字符串写入到指定的文件流中
fgets从指定的文件流中读取一个字符串，直到遇到换行符或EOF
fwrite将一块数据写入到指定的文件流中
fread从指定的文件流中读取一块数据
fseek设置文件流的位置指示器
ftell返回当前文件流的位置指示器
fflush刷新一个输出或更新文件流
setvbuf设置文件流的缓冲模式

在运行以下代码前需要在c语言文件所在的文件夹里先新建一个 example.txt 文件，并在里面输入一些内容。

fopen：
打开一个文件，并返回一个与之相关联的文件指针

#include <stdio.h>int main() {FILE *file = fopen("example.txt", "w"); // 打开文件用于写入if (file == NULL) {perror("Error opening file");return 1;}printf("File opened successfully.\n");fclose(file); // 关闭文件return 0;
}

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fclose：
关闭一个打开的文件流

#include <stdio.h>int main() {FILE *file = fopen("example.txt", "w");if (file) {printf("File opened successfully.\n");fclose(file); printf("File closed successfully.\n");} else {perror("Error opening file");}return 0;
}

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fprintf：
将格式化的数据写入文件

#include <stdio.h>int main() {FILE *file = fopen("example.txt", "w");if (file) {fprintf(file, "Hello GGBond\n"); // 写入格式化字符串fclose(file);} else {perror("Error opening file");}return 0;
}

在这里插入图片描述

fscanf：
从文件中读取格式化的数据

#include <stdio.h>int main() {FILE *file = fopen("example.txt", "r");if (file) {char buffer[100];if (fscanf(file, "%99s", buffer) == 1) { // 读取格式化字符串printf("Read: %s\n", buffer);}fclose(file);} else {perror("Error opening file");}return 0;
}

在这里插入图片描述
fputc：
将一个字符写入到指定的文件流中

#include <stdio.h>int main() {FILE *file = fopen("example.txt", "w");if (file) {fputc('A', file); // 在文件里写入字符Afclose(file);} else {perror("Error opening file");}return 0;
}

在这里插入图片描述

fgetc：
从指定的文件流中读取一个字符

#include <stdio.h>int main() {FILE *file = fopen("example.txt", "r");if (file) {char ch = fgetc(file); // 读取一个字符if (ch != EOF) {printf("Read character: %c\n", ch);}fclose(file);} else {perror("Error opening file");}return 0;
}

在这里插入图片描述

fputs：
将一个字符串写入到指定的文件流中

#include <stdio.h>int main() {FILE *file = fopen("example.txt", "w");if (file) {fputs("Hello, World!\n", file); // 写入一个字符串fclose(file);} else {perror("Error opening file");}return 0;
}

在这里插入图片描述

fgets：
从指定的文件流中读取一个字符串，直到遇到换行符或EOF

#include <stdio.h>int main() {FILE *file = fopen("example.txt", "r");if (file) {char buffer[100];if (fgets(buffer, sizeof(buffer), file)) { // 读取一个字符串printf("Read string: %s", buffer);}fclose(file);} else {perror("Error opening file");}return 0;
}

在这里插入图片描述

fwrite：
将一块数据写入到指定的文件流中

#include <stdio.h>int main() {FILE *file = fopen("example.bin", "wb");if (file) {int data[] = {1, 2, 3, 4, 5};fwrite(data, sizeof(int), 5, file); // 写入一块数据fclose(file);} else {perror("Error opening file");}return 0;
}

在这里插入图片描述

fread：
从指定的文件流中读取一块数据

#include <stdio.h>int main() {FILE *file = fopen("example.bin", "rb");if (file) {int data[5];fread(data, sizeof(int), 5, file); // 读取一块数据for (int i = 0; i < 5; i++) {printf("%d ", data[i]);}printf("\n");fclose(file);} else {perror("Error opening file");}return 0;
}

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fseek 和 ftell：
设置文件流的位置指示器 和 返回当前文件流的位置指示器

#include <stdio.h>int main() {FILE *file = fopen("example.txt", "r");if (file) {fseek(file, 0, SEEK_END); // 定位到文件末尾long size = ftell(file); // 获取当前位置，即文件大小printf("File size: %ld bytes\n", size);fclose(file);} else {perror("Error opening file");}return 0;
}

在这里插入图片描述

fflush：
刷新一个输出或更新文件流

#include <stdio.h>int main() {FILE *file = fopen("example.txt", "w");if (file) {fprintf(file, "Hello, World!\n");fflush(file); // 强制刷新缓冲区，确保数据写入文件fclose(file);} else {perror("Error opening file");}return 0;
}

setvbuf：
设置文件流的缓冲模式

#include <stdio.h>int main() {FILE *file = fopen("example.txt", "w");if (file) {if (setvbuf(file, NULL, _IONBF, 0) != 0) { // 设置为不带缓冲perror("Error setting buffer");} else {printf("Buffer set successfully.\n");}fclose(file);} else {perror("Error opening file");}return 0;
}

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输入验证函数

函数名描述
feof检查文件流是否已到达文件末尾（EOF）
ferror检查文件流是否有错误发生
clearerr清除文件流的错误标志和EOF标志

新建一个example.txt文件，在里面随意输入内容，随后新建C语言文件：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>int main() {FILE *file;char buffer[100];file = fopen("example.txt", "r");if (file == NULL) {perror("Error opening file");return 1;}// 尝试从文件中读取数据，直到遇到EOF或发生错误while (fgets(buffer, sizeof(buffer), file) != NULL) {printf("%s", buffer);}// 使用feof检查是否已到达文件末尾if (feof(file)) {printf("End of file reached.\n");}// 使用ferror检查文件流是否有错误发生if (ferror(file)) {printf("An error occurred during file operations.\n");}// 使用clearerr清除文件流的错误标志和EOF标志clearerr(file);// 再次检查以确认标志已被清除if (!feof(file) && !ferror(file)) {printf("EOF and error flags have been cleared.\n");}fclose(file);return 0;
}

运行后在终端输出如下内容：
在这里插入图片描述

函数名称及用法表

单字符标准输入

函数名描述标准使用方法
getchar从标准输入(stdin)读取一个字符int ch = getchar();

单字符标准输出

函数名描述标准使用方法
putchar输出一个字符到标准输出(stdout)putchar('A');

标准输入

函数名描述标准使用方法
scanf从标准输入(stdin)读取格式化的数据int num; scanf("%d", &num);
fgets从标准输入(stdin)读取一个字符串，直到遇到换行符或EOFchar buffer[100]; fgets(buffer, 100, stdin);

标准输出

函数名描述标准使用方法
printf将格式化的数据输出到标准输出(stdout)printf("Hello, World!\n");
puts输出一个字符串到标准输出(stdout)，并在末尾添加换行符puts("Hello, World!");

输入输出流

函数名描述标准使用方法
fopen打开一个文件，并返回一个与之相关联的文件指针FILE *fp = fopen("file.txt", "r");
fclose关闭一个打开的文件流fclose(fp);
fprintf将格式化的数据写入文件fprintf(fp, "Hello, File!\n");
fscanf从文件中读取格式化的数据int num; fscanf(fp, "%d", &num);
fputc将一个字符写入到指定的文件流中fputc('A', fp);
fgetc从指定的文件流中读取一个字符int ch = fgetc(fp);
fputs将一个字符串写入到指定的文件流中fputs("Hello, File!\n", fp);
fgets从指定的文件流中读取一个字符串，直到遇到换行符或EOFchar buffer[100]; fgets(buffer, 100, fp);
fwrite将一块数据写入到指定的文件流中char data[5] = "data"; fwrite(data, sizeof(char), 4, fp);
fread从指定的文件流中读取一块数据char buffer[4]; fread(buffer, sizeof(char), 4, fp);
fseek设置文件流的位置指示器fseek(fp, 10, SEEK_SET);
ftell返回当前文件流的位置指示器long pos = ftell(fp);
fflush刷新一个输出或更新文件流fflush(fp);
setvbuf设置文件流的缓冲模式setvbuf(fp, NULL, _IONBF, 0);

输入验证函数

函数名描述标准使用方法
feof检查文件流是否已到达文件末尾（EOF）if (feof(fp)) { /* EOF reached */ }
ferror检查文件流是否有错误发生if (ferror(fp)) { /* Error occurred */ }
clearerr清除文件流的错误标志和EOF标志clearerr(fp);

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