C语言-数据输入与输出

数据的输入与输出

数据的输入与输出是相对而言，其中：

• 从计算机向外部设备输送数据称为输出（output）。通常的输出设备包括：显示器、打印机等。
• 从外部设备向计算机输送数据称为输入（input）。通常的输入设备包括：键盘、鼠标、扫描仪等。

在C语言中，输入与输出需要使用标准的输入输出库（stdio.h）中的输入函数（scanf()）、输出函数（printf()）实现，houq可以扩展其他输入输出函数。我们将这种跟硬件打交道的输入输出操作称作外设IO。

库函数已经被编译成了目标文件内置于编译系统，在链接时与编译源程序得到的目标文件相链接，生成可执行程序。

注意：在使用系统库函数的时候，需要用预处理指令#include将有关的头文件包含到用户资源文件中（一般放在程序的开头位置）头文件中包含了调用函数时需要的有关信息，具体的函数实现在编译的时候再去链接对应的系统库。

输入输出缓冲机制

缓冲区的概念

• 缓冲区（缓存）是内存空间的一部分，用于暂存输入或输出的数据。

• 在进行输入操作时，系统从外部设备（如键盘）读取数据，先放入缓冲区，程序再从缓冲区中读取数据。

  输入时数据流向：外部设备 → 输入缓冲区 → 程序

• 在进行输出操作时，系统先将数据放入缓冲区，然后在特定条件下（如缓冲区满、遇到特定字符、手动刷新等）再将缓冲区中的数据输出到外部设备（如屏幕）

  输出时数据流向：程序 → 输出缓冲区 → 外部设备

缓冲区的类型

C语言的缓冲区有三种类型：

• **全缓冲：**当缓冲区填满后，才进行实际的输入输出操作。例如：对磁盘文件的读写。— window全缓冲区大小是4096字节， Linux全缓冲区大小是1024字节。
• 行缓冲：当在输入和输出中遇到换行符（\n或者回车）时，执行实际的输入输出操作。例如：标准输入（stdin）和标准输出（stdout）。
• **无缓冲：**不进行缓冲，直接进行输入输出操作。例如：标准错误流（stderr）

缓冲区的刷新条件

缓冲区的刷新（如将缓冲区中的数据实际输出到外部设备）通常发生在以下情况：

• **缓冲区满：**当缓冲区写满时，会自动刷新。
• **遇到特定字符：**如换行符（\n）等。
• **手动刷新：**使用fflush(stdout)函数手动刷新输出缓冲区。
• **程序关闭时：**当程序结束时，缓冲区中的数据会被刷新。

缓冲区的实际应用

• **提高效率：**通过缓冲区，可以减少与外部设备的交互次数，提高数据传输的效率
• **处理输入输出：**例如：使用scanf和printf函数时，数据先被放入缓冲区，然后按照特定的规则从缓冲区读取或输出。

原理实现

简单的输入与输出

用printf函数输出数据

基础用法

语法：

printf("格式控制",输出列表);

引入文件：

#include <stdio.h>

举例：

printf("i=%d,x=%d,y=%d\n",i,34,i+1);

注意：格式控制中的格式化符号（%d）要和输出的数据一一对应。

参数：

• ==格式控制：==用一对英文双引号括起来，包括两种信息：
  • 格式说明：由%和特定字符组成，如：%d,%f,%c等，这是格式说明符，用于说明输出项目所采用的格式。
  • 普通字符：作为说明性文字、符号等，按照输入原样输出。
• ==输出列表：==输出列表中的各项目指出了所要输出的内容。可以是常量（字面量、符号常量、const修饰的变量）、变量、表达式。输出列表的个数，由格式控制中的格式化符号来决定。

基本的格式化符

%d 按有符号十进制整型（int）数据的实际长度输出。（十进制（0）、八进制（00）、十六进制（0x00））

%u 按无符号十进制整型（int）数据的实际长度输出。

%c 仅输出一个字符（char）

%s 输出结果是字符串，举例：printf(“%s\n”,“CHINA”);,输出结果：CHINA

%f 以小数形式输出float类型实数；

%lf 以小数形式输出double类型（双精度）实数

%e 也可以写作%E，以指数形式输出一个实数（涵单双精度）。小数点前1位非0数字，并输出6位小数。

%hd 短整型(short int/short)

%hhd 字符型的ASCII码，char数据对应的ASCII码的值，举例：char a = ‘A’;printf(“%hhd\n”,a);，输出结果：65

%ld 长整型（long int/long）

%lld 长长整型（long long int/long long）

%x 十六进制，但是十六进制的前缀0x不会打印出来，举例：printf(“%x\n”,198);，输出结果：c6

%#x 十六进制，并且十六进制的前缀0x也会打印出来，举例：printf(“%#x\n”,198);，输出结果：0xc6

%o 八进制，前缀0不会打印出来，举例：5

%#o 八进制，并且八进制的前缀0也会打印出来，举例：05

%p 打印内存的地址

%% 输出%本身

案例：

#include <stdio.h>int main(int argc,char *argv[])
{printf("%x,%#x\n",255,255);// 输出16进制整数printf("%o,%#o\n",255,255);// 输出8进制printf("%d,%u,%c\n",5,5,'%');// 正常输出printf("%%\n");// 输出 %printf("%f,%lf,%e\n",99.12345,99.12345,99.12345);// 输出小数return 0;
}

用scanf函数输入数据

基础用法

语法：

scanf("格式控制", 地址列表);

注意：地址列表不能传变量、常量、表达式。只能传与之对应的内存地址（首地址），如果是普通的变量，通过&+b变量名获取变量地址。

举例：

int a = 10; // 定义了一个变量a
scanf("%d",&a);// &在这里称作 取地址符，&a的意思是获取变量a对应的内存地址（首地址）

作用：

将从键盘输入的数据存入内存中所占的存储单元里，存储单元有地址标识。

参数：

• 格式控制：含义等同于printf函数的格式控制，说明输入的数据应该使用的格式。
• 地址列表：是由若干个地址组成，可以是变量的地址或者字符串的地址。&是取地址符号，用于取出变量的地址。与格式化输出一样，在格式控制中，用于说明数据格式的格式说明符以%开头，后面紧跟具体的格式。

案例：

• 需求：从键盘输入整数给变量a,b,c赋值

• 代码：

  #include <stdio.h>int main(int argc,char *argv[])
  {// 定义三个变量a,b,c，用来接收控制台的输入int a,b,c; // 因为我们需要通过接收控制台输入进行赋值，所以无需初始化// 每次在使用键盘录入前加上提示信息printf("请输入3个整数：\n");scanf("%d%d%d",&a, &b, &c);// 测试输出printf("a=%d,b=%d,c=%d\n", a, b, c);return 0;
  }

• 运行结果：

  

  总结：输入多个数据的时候可以用空格、Tab键、回车键中的任意一种。

说明：

• scanf函数中的“格式控制”后面应当是变量的地址，由取地址符&和变量名共同组成，举例：

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

• 如果“格式控制”中除了格式说明以外还有其他字符，则在输入数据时必须在对应位置输入与之相同的字符，举例：

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

  从键盘录入数据的时候，使用格式控制中的逗号分隔：3,4

   scanf("%d-%d-%d",&year, &month, &day);
  

  从键盘录入数据的时候，使用格式控制中的短横线分隔：2025-7-11

   scanf("%d年%d月%d日",&year, &month, &day);
  

  从键盘录入数据的时候，使用格式控制中的年月日分隔：2025年7月11日

• 用%c格式输入字符时，转义符（如：\n,\t等）都作为有效字符输入，应注意：

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

  

  注意：其实Tab键、空格键、回车键的响应都是当做字符处理。

• 在输入数值型数据（整型+浮点型）时，遇到空格、回车、Tab键或遇到非法输入（A,?..），则认为该输入结束；

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

  

• 对于unsigned型变量所需的数据，建议用%u格式输入；若用%d（signed int），需确保输入值在int范围内（否则可能溢出）

复杂的输入与输出

按指定格式输出数据的宽度、小数位数、上下行数据按小数点对齐、用八进制、十六进制输出等。

输出数据格式控制

整型格式说明符

• 十进制形式（0~9）

  说明符	说明	数据类型
  %d和%md	用于基本整型	int
  %ld和%mld	用于长整型	long
  %u和%mu	用于无符号基本整型	unsigned int
  %lu和%mlu	用于无符号长整型	unsigned long

• 八进制形式（0~7）

  说明符	说明	数据类型
  %o和%mo	用于基本整型	int
  %lo和%mlo	用于长整型	long

• 十六进制形式（0~F）

  说明符	说明	数据类型
  %x和%mx	用于基本整型	int
  %lx和%mlx	用于长整型	long

说明：

m表示输出整型数据所占的总宽度（列数，1个字符占1列），其中：

① 当实际数据的位数不到m位时，数据前面将用空格填满， 举例：原数据（"12"），列宽为m(4)的数据（" 12"）

② 若实际数据的位数大于等于m位时，则以数据的实际位数为标准进行输出，列宽无效，举例：

​ 原数据（"12345"），列宽m(4)的数据（"12345"）

总结：

如果实际 数据列宽 < m，使用空格补齐m。

如果实际 数据列宽 >=m，输出实际数据，m失效。

一个int型整数也可以用%u输出，反之一个unsigned型整数也可以用%d、%o、%x格式输出。按相互赋值的规则处理。

举例：

#include <stdio.h>int main(int argc,char *argv[])
{printf("%d\n",12);            // "12"      输出后，实际列宽是2printf("%6d\n",12);           // "    12"  输出后，实际列宽是6，右对齐，左边使用空格填充printf("%-6d\n",12);          // "12    "  输出后，实际列宽是6，左对齐，右边使用空格填充printf("%6d\n",1234567);      // "1234567" 输出后，实际列宽是7，一旦实际列宽超过指定列宽，就按实际列宽输出printf("%06d\n",12);          // "000012"  输出后，实际列宽是6，右对齐，左边使用0填充printf("%+d,%+d\n",12,-12);   // "+12,-12" 输出后，显示正负号printf("%#06x,%#06o\n",12,12);// "0x000c,000014" 输出后，实际列宽是6return 0;
}

运行效果：

字符型格式说明符

• 字符型

  说明符	说明	举例
  %c或者%mc	输出的字符占m列	printf(“%3c\n”,‘a’);

用法和整型的用法一致。

• 字符串型

  在C语言中，支持字符串常量，不支持字符串变量。

  说明符	说明
  %ms	输出的字符串占m列。若串长>=m，全部输出；反之在串前补空格（m为正往前补空格） 举例：printf("%6s\n","hello"); " hello"
  %-ms	输出的字符串占m列。若串长>=m，全部输出；反之在串后补空格（m为负往后补空格） 举例：printf("%-6s\n","hello"); "hello "
  %m.ns	输出的字符串占m列，取字符串前 n 个字符，再按 m 列补空格。 举例：printf("%6.2s\n","hello"); " he"（先截取，在补全）
  %-m.ns	输出的字符串占m列。只取字符串前n个字符，不足部分串后补空格。 举例：printf("%-6.2s\n","hello"); "he "

案例：

• 需求：字符串输出

• 代码：

  #include <stdio.h>int main(int argc,char *argv[])
  {printf("%3s\n%7.2s\n%-5.3s\n%.4s\n","CHINA","CHINA","CHINA","CHINA");// %3s:       "CHINA"        超出指定列宽，按实际列宽输出// %7.2s:     "     CH"      截取CH，实际列宽补足到7，右对齐// %-5.3s:    "CHI  "        截取CHI，实际列宽补足到5，左对齐// %.4s:      "CHIN"         截取CHIN，实际列宽就是默认列宽4return 0;
  }

• 运行效果：

  

浮点型格式说明符

浮点型格式分为三种形式：

序号	名称	说明
1	十进制形式	%m.nf或者%-m.nf，m是列宽，n是保留的小数位
2	指数形式	%m.ne或者%-m.ne，m是列宽，n是保留的尾数位
3	%g或者%G形式	根据数值的大小，自动选择%f或者%e中宽度较短的一种格式，不输出无意义的0

解释：

在输出浮点型数据时，格式说明符中的m表示整个数据所占的列宽，n表示小数点后面所占的位数（保留的小数位）

如果在小数点后取n位后，所规定的数据宽度m不够输出数据前面的整数部分（包括小数点），则按实际的位数进行输出。

案例：

• 需求：输出浮点型数时，指定小数位。

• 案例：

  #include <stdio.h>int main(int argc,char *argv[])
  {float f = 123.456f; // f是标识，不计入列宽的，实际列宽是7printf("%8.2f\n%-8.2f\n%8.6f\n%9.2e\n%g\n%G\n",f,f,f,f,f,f);// %8.2f:     "  123.46" 小数位保存采取“四舍五入” 小数保留2位，实际列宽补足到8，右对齐// %-8.2f:    "123.46  " 左对齐// %8.6f:     "123.456001" 实际列宽超过指定列宽，以实际列宽为准// %9.2e:     " 1.23e+02"  首先，小数转换为指数；接着，处理尾数，这里的.2是尾数位；最后补足列宽。return 0;
  }

• 运行结果

  

注意：这里的小数位的保留采用四舍五入

案例：

• 要求：求3个圆的周长，输出结果时要求按小数点对齐，取两位小数。

• 代码：

   #include <stdio.h>#define PI 3.14int main(int argc,char *argv[]){double r1 = 1.53, r2 = 21.83, r3 = 123.71, s1,s2,s3;s1 = 2.0 * PI * r1;s2 = 2.0 * PI * r2;s3 = 2.0 * PI * r3;printf("%6.2f\n%6.2f\n%6.2f\n",s1, s2, s3);return 0;}

• 运行结果：

  

案例：

• 要求：设有如下C程序

• 代码

    #include "stdio.h"main(){ double x=34.567;printf("x=％f\n",x);// 34.567000printf("x=％d\n",x);// 27263，这种写法错误，自动类型转换异常printf("x=％d\n",(int)x);// 34}
  

• 这个程序的实际运行结果为

  x=34.567000
  x=27263
  x=34
  

• 说明

  显然，这个程序中的第二个格式输出语句输出的结果是错误的，这是因为在第二个格式输出语句中，格式说明符％d是基本整型格式说明符，而输出项目是双精度型的数据，它们是不匹配的。

  说明符	说明	数据类型
  %f或者%e	用于单精度浮点型	float
  %lf	用于双精度浮点型	double

  总结：

  ① 与输出不同，输入时无论是单精度还是双精度浮点型，都不能用m.n来指定输出的宽度和小数点后保留的位数。

  ② 可以指定输入数据所占的列数，系统自动按它截取所需的数据，如：

  scanf("%3d%3d",&a, &b);
  

  输入测试数据：1234567

  结果：a=123,b=456

  解释：从输入的数据1234567中，截取前3列（123）赋值给a，再截取3列（456）赋值给b，剩余的7舍弃

  ③ 若在%后有一个*和一个数字，表示跳过指定的列数，如：

  scanf("%2d%*3d%3d",&a, &b);
  

  输入测试数据：12345678

  结果：a=12,b=678

  解释：从输入的数据12345678中，截取前2列（12）赋值给a，再跳过3列（345），然后截取3列（678）赋值给b

  案例：

  #include <stdio.h>int main(int argc,char *argv[])
  {int a, b;printf("通过控制台输入一个数：\n");// 这里的m不是列宽，是截取的列数，%3d，就是截取输入内容的前3个字符scanf("%3d%3d",&a, &b);printf("%d,%d\n",a,b);// 这里的%*跳过，%*3d,跳过3列  12345678printf("通过控制台输入一个数：\n");scanf("%2d%*3d%3d",&a, &b);//scanf("%2d%*d%3d",&a, &b);  //错误写法，不能没有列宽printf("%d,%d\n",a,b);return 0;
  }

  运行结果

  

  说明：

  当用于输入整型数据的格式说明符中没有宽度说明时，则在具体输入数据时分为以下两种情况：

  ① 如果各格式说明符之间没有其它字符，则在输入数据时，两个数据 之间用"空格"、或"Tab"、或"回车"来分隔。

  ② 如果各格式说明符之间包含其它字符，则在输入数据时，应输入与 这些字符相同的字符作为间隔。

  例如，设有如下说明

  ​ int a,b;

  ​ float c,d;

  现要利用格式输入函数输入a=12,b=78,c=12.5,d=7.6。 采用不同的格式说明，其输入数据的形式也是不同的。分别说明如下：

  • 若输入语句为 scanf("％d％d％f％f"，&a，&b，&c，&d)； (即格式说明符中没有宽度说明，各格式说明符之间也没有其他字符。)

    则输入数据的形式应为 12 78 12.5 7.6↲ (两个数据之间用空格来分隔，当然也可用“Tab”或“回车”来分隔。)

  • 若输入语句为 scanf("％d,％d,％f,％f"，&a,&b,&c,&d)；(格式说明符中没有宽度说明，但各格式说明符之间有其它字符，即逗号)

    则输入数据的形式应为 12,78,12.5,7.6↲ （即在输入的两个数据之间同时要输入逗号。)

  • 若输入语句 scanf("a=％d,b=％d,c=％f,d=％f",&a,&b,&c,&d)； （即格式说明符中没有宽度说明，但各格式说明符之间有其它字符。）

    输入数据的形式应为 a=12,b=78,c=12.5,d=7.6↲ （即在输入的两个数据之间同时要输入这些非格式说明符的字符。）

  • 在用于输入的实型格式说明符中不能用m.n来指定输入的宽度和小数点后的位数(这是与输出的不同之处)。

    例如： scanf("％7.2f"，&a)； × 此用法是错误的

  • 为了便于程序执行过程中从键盘输入数据，在一个C程序开始执行时，系统就在计算机内存中开辟了一个输入缓冲区，用于暂存从键盘输入的数据。开始时该输入缓冲区是空的。当执行到一个输入函数时，就检查输入缓冲区中是否有数据。

  补充

  说明符	含义	示例
  %n	已读取的字符数	scanf(“%d%n”, &num, &count);

  案例：

  • 代码：

    #include <stdio.h>int main(int argc,char *argv[])
    {int num,count; // count，用来保存输入数据列宽（统计输入的字符个数）printf("请输入一个数据：\n");scanf("%d%n",&num,&count);printf("num=%d,count=%d\n",num,count);return 0;
    }

  • 运行结果