字符串的输入输出及相关函数

周立功教授数年之心血之作《程序设计与数据结构》，电子版已无偿性分享到电子工程师与高校群体，在公众号回复【程序设计】即可在线阅读。书本内容公开后，在电子行业掀起一片学习热潮。经周立功教授授权，本公众号特对本书内容进行连载，愿共勉之。

 

第一章为程序设计基础，本文为1.8.2  字符串常量第二点：字符串的输入输出。

 

（1）scanf()函数和gets()函数

 

scanf()函数

 

在读取字符串时，scanf()和转换格式符%s只能读取一个单词，比如：

scanf("%s\n", str); 

 

在scanf函数调用中，不需要在str前添加&，因为str是数组名，编译器在将它传递给函数时，会将它当作指针来处理。调用时，scanf函数会跳过空字符，然后读入字符并存储到str中，直到遇到空字符为止，scanf函数始终会在字符串末尾存储一个空字符。

 

gets()函数

 

在程序中经常要读取一整行输入，而不仅仅是一个单词，gets()就是用于处理这种情况的。它读取整行输入直至遇到换行符，然后丢弃换行符存储其余字符，并在这些字符的末尾添加一个空字符使其成为一个字符串。它经常和puts()配对使用，该函数用于显示字符串，并在末尾添加换行符。即gets()是从标准输入设备中输入若干个字符，并保存到参数s指向的字符数组中，直到文件结束或读到一个换行符。换行符将被丢弃，在输入最后一个字符后会立即写入一个结束符'\0'。其函数原型如下：

char *gets(char *s);

 

其中的s指向保存输入字符串的内存空间，如果gets()成功地获得了字符串，则返回s，否则返回NULL。比如，通过命令行输入一个字符'9'，但'9'不是整数9，如果将'9'-'0'，则会得到整数9。即：

char cStr[256]; 

int cmdNum; 

cmdNum = getchar() - '0';

gets(cStr);                                    // 清空缓冲区

 

如果将数组作为参数传递，则传递的是指向数组首元素的指针，当gets()作为被调用函数时，则完全不知道数组究竟有多大，而调用者又不能向gets()传递缓冲区的大小，因此gets()无法检查数组的长度。显然必须有足够的空间保存输入的字符串，否则可能出现莫名其妙的问题。如果你故意将尺寸很大的数据传递给gets()，就可以达到数组越界且改写返回地址的目的。1988年名震互联网的“互联网蠕虫”病毒，就是利用了gets()的这个弱点。

 

由于gets()的不安全行为造成了隐患，因此制定C11标准的委员采取了强硬的态度，直接从标准中废除了gets()函数。不妨自己编写一个输入函数，假设函数不会跳过空字符，在第一个换行符（不存储到字符串中）处停止读取，且忽略额外的字符。其函数原型如下：

int readLine(char str[], int n); 

 

readLine()函数主要由一个循环构成，只要str中还有空间，此循环就会调用getchar()函数逐个读入字符并将它存储在str中，在读入换行符时循环终止，详见程序清单 1.40。

 

程序清单 1.40 readLine()函数的实现

1     int readLine(char str[], int n)

2     {

3            int ch, i = 0;

4

5            while((ch = getchar()) != '\n') 

6                   if(i < n)

7                          str[i++] = ch;

8            str[i] = '\0'; 

9            return 0;

10   }

 

（2）printf()函数和puts()函数

 

printf()函数

 

转换格式符s%允许printf()写字符串，与puts不同的是，printf()不会自动地在每个字符串的末尾加上一个换行符，因此必须在参数中指明应该在哪里使用换行符。比如：

char str[] = "hello world"; 

printf("%s\n", str);

 

printf()会逐个写字符串中的字符，直到遇到空字符为止。如果只想显示字符串的一部分，可以使用转换格式符%.ps，这里的p是显示的字符数量。比如，显示hello：

printf("%.5s\n", str);

 

puts()函数

 

虽然printf()用起来比较复杂，但可以打印多个字符串。除了printf()，C标准库还提供了puts()，其函数原型如下：

int puts(const char *s); 

 

其中，s为指定输出的字符串，puts()函数将参数s指向的字符串输出到标准输出设备中，但不输出结束符'\0'。在输出字符串后，puts()函数会多输出一个换行符'\n'，然后通过标准输出设备显示指定的字符串。如果显示成功，则返回0，否则返回预定义常量EOF。puts()如何知道在何处停止呢？该函数在遇到空字符时就停止输出，所以必须确保有空字符。

 

（3）fgets()函数和fputs()函数

 

fgets()函数

 

fgets()和fputs()分别是gets()和puts()针对文件的定制的版本，fgets()通过第2个参数限制读入的字符数来解决溢出的问题，该函数专门用于处理文件输入。如果第2个参数的值是n，那么fgets()将读入n-1个字符，或遇到第1个换行符为止。如果读到一个换行符将它存储在字符串中，这点与gets()不同，gets()会丢弃换行符。

 

fgets()的第1个参数与gets()一样，也是存储输入位置的地址（char *类型），第2个参数是一个整数，表示待输入字符串的大小，最后一个参数是文件指针，指定待读取文件。如果读入从键盘输入的数据，则以标准输入stdin作为参数，该标识定义在stdio.h中。其调用示例如下：

fgets(buf, STLEN, fp); 

 

其中，buf是char类型数组的名称，STLEN是字符串的大小，fp是指向FILE的指针。以上面的gets()为例，fgets()读取输入直到第1个换行符的后面，或读到文件结尾，或读取STLEN-1个字符，然后fgets()在末尾添加一个空字符使之成为一个字符串，字符串的大小是其字符数加上一个空字符。如果fgets()在读到字符上限之前已经读完一整行，它会将表示行结尾的换行符放在空字符前面。fegts()在遇到EOF时将返回NULL，因此可以利用这一机制检查是否到达文件结尾。如果未遇到EOF，则返回它的地址。

 

fgets()存储换行符有好处也有坏处，坏处是你可能不想将换行符存储在字符串中，这样的换行符会带来一些麻烦。好处是对于存储的字符串而言，检查末尾是否有换行符可以判断是否读取了一整行。如果不是一整行，则要妥善处理一行中剩下的字符。

 

首先，如何处理换行符？一个方法是在已经存储的字符串中查找换行符，并将其替换成空字符。假设\n在st中：

while(st[i] != '\n' )

       i++;

       st[i] = '\0'; 

 

其次，如果仍有字符串留在输入行怎么办？一个可行的办法是，如果目标数组装不下一整行输入，就丢弃那些多出的字符。即读取但不存储输入，包括\n：

while(getchar() != '\0') 

       continue;

 

为何要丢弃输入行中余下的字符？因为输入行中多出来的字符会留在缓冲区中，成为下一次读取语句的输入。比如，如果下一条读取语句要读取的是double类型的值，就可能导致程序崩溃，而丢弃输入行余下的字符是为了保证读取语句与键盘输入同步。既然没有这样的函数，那么就创建一个，s_gets()函数详见程序清单 1.41。

 

程序清单 1.41  s_gets()函数

1     char * s_gets(char *st, int n) 

2     { 

3            char *ret_value; 

4            int i = 0; 

5

6            ret_value = fgets(st, n, stdin); 

7            if(ret_value){

8                   while(st[i] != '\n' && st[i] != '\0')

9                          i++;

10                 if(st[i] == '\n') 

11                        st[i] = '\0'; 

12                 else

13                        while(getchar() != '\0') 

14                               continue; 

15          } 

16          return ret_value; 

17   }

 

如果fgets()返回NULL，说明读到文件结尾或出现读取错误，s_gets()跳过了这个过程。其中的循环：

while(st[i] != '\n' && st[i] != '\0') 

       i++; 

 

遍历字符串，直到遇到换行符或空字符。如果先遇到换行符，下面的if语句将其替换成空字符；如果先遇到空字符，else部分便丢弃输入行的剩余字符，然后返回与fgets()相同的值。

 

尽管s_gets()用于替换fgets()已经有了很大的改进，但还是不完美。如果遇到不合适的输入时，它毫无反应。它丢弃多余的字符时，也不通知程序也不告知用户，请读者完善。

 

fputs()函数

 

由于fgets()将换行符放在字符串的末尾（假设输入行不溢出），通常要与fputs()配对使用，除非该函数不在字符串末尾添加换行符。

 

fputs()函数接受两个参数：第1个是字符串的地址，第2个是文件指针，指明要写入的文件，该函数根据传入地址找到的字符串写入指定的文件中。如果要显示在计算机显示器上，应使用标准输出stdout作为参数。和puts()不同的是，puts()在打印字符串时，不会在其末尾添加换行符。其调用示例如下：

fputs(buf, fp); 

 

其中，buf是字符串的地址，fp用于指定目标文件。注意，gets()丢弃输入中的换行符，但puts()在输出中添加换行符。而另一方面，fgets()保留了输入中的换行符，fputs()在输出中不会添加换行符。