C Primer Plus 第8章（字符输入输出和输入验证）

1. 单字符I/O：getchar() 和 putchar()

char c;
while((c = getchar()) != '#')
{
    putchar(c);
}

2. 缓冲区

• 回显用户输入的字符后立即重复打印该字符是属于无缓冲（或直接）输入，即正在等待的程序可立即使用输入的字符
• 在按下 ENTER 键之前不会重复打印刚输入的字符，这种输入形式属于缓冲输入
• 用户输入的字符被收集并存储在一个被称为缓冲区（buffer）的临时存储区，按下 ENTER 键后，程序才可使用用户输入的字符
• 使用缓冲区的原因
  • 把若干字符作为一个块进行传输比逐个发送这些字符节约时间
  • 如果用户打错字符，可以直接通过键盘修正错误；当按下 ENTER 键时，传输的是正确的输入
• 缓冲分为两类
  • 完全缓冲I/O：
    • 当缓冲区被填满时才刷新缓冲区（内容被发送至目的地），通常出现在文件输入中
    • 常见大小是512和4096字节
  • 行缓冲I/O：
    • 在出现换行符时刷新缓冲区
    • 键盘输入通常是行缓冲输入，所以按下 ENTER 键后才刷新缓冲区

3. 结束键盘输入

3.1 文件、流和键盘输入

• **文件（file）**是存储器中存储信息的区域

• 通常文件都保存在某种永久存储器中（硬盘、U盘或DVD等）

• C有许多用于打开、读取、写入和关闭文件的库函数

  • 从较低层面上，C可以使用主机操作系统的基本文件工具直接处理文件，这些直接调用操作系统的函数被称为底层I/O（low-level I/O）
  • 从较高层面上，C还可以通过**标准I/O包（standard I/O package）**来处理文件；这涉及创建用于处理文件的标准模型和一套标准I/O函数；在这一层面上，具体的C实现负责处理不同系统的差异（不同的系统存储文件的方式不同），以便用户使用统一的界面

• 可以用 if (c == ‘\n’) 检查换行符，即使系统实际用的是回车和换行符的组合来标记行末尾，I/O函数会在这两种表示方法之间相互转换

• 从概念上看，C程序处理的是流（stream）而不是直接处理文件

• 流是一个实际输入或输出映射的理想化数据流；这意味着不同属性和不同种类的输入，由属性更统一的流来表示；于是，打开文件的过程就是把流与文件相关联，而且读写都通过流来完成

3.2 文件结尾

• 计算机操作系统要以某种方式判断文件的开始和结束

• 检测文件结尾的方法：

  • 在文件末尾放一个特殊的字符标记文件结尾，CTRL + Z 会被视为一个文件结尾标记
  • 存储文件大小的信息，用这种方法可以在文件中存储所有的字符，包括 CTRL + Z

• 在C语言中，用 getchar() 读取文件检测到文件结尾时将返回一个特殊的值，即 EOF（end of file）

  • scanf() 函数检测到文件结尾时也返回 EOF

  • 通常，EOF 定义在 stdio.h 文件中

  #define EOF (-1)
  

  • 定义为 -1 的原因：getchar() 函数的返回值通常都介于 0~127 ，这些值对应标准字符集；如果系统能识别扩展字符集，该函数的返回值可能为 0~255；无论哪种情况，-1 都不对应任何字符，所以，该值可以用于标记文件结尾

• 在大多数 UNIX 和 Linux 系统中，在一行开始处按下 CTRL + D 会传输文件结尾信号

• 其他系统中，在一行开始处或任意处按下 CTRL + Z 会传输文件结尾信号

4. 重定向和文件

• 程序可以通过两种方式使用文件
  • 显式使用特定的函数打开文件、关闭文件、读取文件、写入文件
  • 设计能与键盘和屏幕互动的程序，通过不同的渠道重定向输入至文件和从文件输出
    • 把 stdin 流重新赋给文件
    • 继续使用 getchar() 函数从输入流中获取数据，但是不关心从流的什么位置获取数据

4.1 UNIX、Linux 和 DOS 重定向

• 重定向输入让程序使用文件而不是键盘来输入
• 重定向输出让程序输出至文件而不是屏幕

4.1.1 重定向输入

• 文本文件（text file）是内含文本的文件，其中存储的数据是我们可识别的字符

  • 文件内容可以是文本或者C程序

  • 内含机器语言指令的文件（存储可执行程序的文件）不是文本文件

  ./ABC < words
  // 名为 ABC.exe 的可执行文件
  // 名为 words 的文本文件
  

• 符号 < 是 UNIX 和 DOS / Windows 的重定向运算符

  • 该运算符使文件与 stdin 流相关联，把文件中的内容导入程序
  • 程序本身并不知道（不关心）输入的内容是来自文件还是键盘，它只直到这是需要导入的字符流，所以它读取这些内容并把字符逐个打印在屏幕上，直至读到文件结尾

4.1.2 重定向输出

./ABC > words
// 名为 ABC.exe 的可执行文件
// 名为 words 的文本文件

• 符号 > 也是重定向运算符
  • 创建新的文本文件，然后把程序的输出重定向至该文件中
  • 重定向把 stdout 流从显示设备赋给文本文件
    • 如果已经有同名文件，通常会擦除该文件的内容，然后替换新的内容

4.1.3 组合重定向

./ABC < words > new_words
// 等效于
./ABC > new_words < words

• 通过程序将文本文件转存到另一个文本文件中
• 组合重定向的原则：
  • 重定向运算符连接一个可执行程序（包括标准操作系统命令）和一个数据文件，不能用于连接一个数据文件和另一个数据文件，也不能用于连接一个程序和另一个程序
  • 使用重定向u运算符不能读取多个文件的输入，也不能把输出定向至多个文件
  • 通常，文件名和运算符之间的空格不是必须的，除非是偶尔在命令行提示模式中使用的有特殊含义的字符

5. 创建更友好的用户界面

5.1 使用缓冲输入

int i = 0;
printf("i = %d\n", i);
while(getchar() != 'y')
{
    printf("i = %d\n", ++i);
}

// 优化

int i = 0;
printf("i = %d\n", i);
while (getchar() != 'y')
{
    printf("i = %d\n", ++i);
    while (getchar() != '\n')
    {
        continue;
    }
}

// 优化

int i = 0;
char c = ' ';
printf("i = %d\n", i);
while ((c = getchar()) != 'y')
{
    if (c == 'n')
    {
        printf("i = %d\n", ++i);
    }else
    {
        printf("Error\n");
    }
    
    while (getchar() != '\n')
    {
        continue;
    }
}

5.2 混合数值和字符输入

• getchar() 和 scanf() 都可以处理输入，但是不能混用
  • getchar() ：读取每个字符，包括空格、制表符和换行符
  • scanf() ：在读取时会跳过空格、制表符和换行符

int length = 0;
int width = 0;
char c = ' ';


while ((c = getchar()) != EOF)
{
    if (c == '\n')
    {
        continue;
    }
    scanf("%d %d", &length, &width);
    for (int i = 1; i <= length; i++)
    {
        for (int j = 1; j <= width; j++)
        {
            putchar(c);
        }
        putchar('\n');
    }
}