為了在命令列程式中實作和用戶的互動，我們撰寫的程式的運行程序中往往涉及到對標準輸入/輸出流的多次讀寫，
在C語言中接受用戶輸入這一塊，有著一個老生常談的問題：“怎么樣及時清空輸入流中的資料？”
這也是這篇小筆記的主題內容，
先從緩沖區說起，
緩沖區是記憶體中劃分出來的一部分，通常來說，緩沖區型別有三種：
- 全緩沖
- 行緩沖
- 無緩沖
行緩沖
在C語言中緩沖區這個概念的存在感還是挺強的，比較常用到的緩沖區型別則是行緩沖了，如標準輸入流 stdin 和標準輸出流 stdout一般（終端環境下）就是在行緩沖模式下的，
行緩沖，顧名思義，就是針對該緩沖區的I/O操作是基于行的，
-
在遇到換行符前，程式的輸入和輸出都會先被暫存到流對應的緩沖區中
-
而在遇到換行符后（或者緩沖區滿了），程式才會進行真正的I/O操作，將該緩沖區中的資料寫到對應的流 (stream) 中以供后續讀取，
就標準輸入stdin而言，用戶的輸入首先會被存到相應的輸入緩沖區中，每當用戶按下回車鍵輸入一個換行符，程式才會進行I/O操作，將緩沖區暫存的資料寫入到stdin中，以供輸入函式使用，
而對標準輸出stdout來說，輸出內容也首先會被暫存到相應的輸出緩沖區中，每當輸出資料遇到換行符時，程式才會將緩沖區中的資料寫入stdout，繼而列印到螢屏上，
這也是為什么在緩沖模式下，輸出的內容不會立即列印到螢屏上：
#include <stdio.h>
int main()
{
// 設定緩沖模式為行緩沖，緩沖區大小為10位元組
setvbuf(stdout, NULL, _IOLBF, 10);
fprintf(stdout, "1234567"); // 這里先向stdout對應的緩沖區中寫入了7位元組
getchar(); // 這里等待用戶輸入
printf("89"); // 再向stdout對應的緩沖區中寫入了2位元組
getchar(); // 接著等待用戶輸入
printf("Print!"); // 再向stdout對應的緩沖區中寫入了6位元組
getchar(); // 最后再等待一次用戶輸入
return 0;
}
運行效果：
可以看到，直到執行到第二個getchar()時，螢屏上沒有新的輸出，
而在執行了printf("Print!")之后，輸出緩沖區被填滿了，輸出緩沖區中現有的10位元組的資料被寫入到stdout中，繼而才在螢屏上列印出123456789P，
緩沖區內容被讀走后，剩余的字串rint!接著被寫入輸出緩沖區，程式運行結束后，輸出緩沖區中的內容會被全部列印到螢屏上，所以會在最后看到rint!，
C語言中常用的輸入函式
輸入函式做的作業主要是從檔案流中讀取資料，亦可將讀取到的資料儲存到記憶體中以供后續程式使用，
基于字符
// 從給定的檔案流中讀一個字符 (fgetc中的 f 的意思即"function")
int fgetc( FILE *stream );
// 同fgetc，但是getc的實作*可能*是基于宏的
int getc( FILE *stream );
// 相當于是getc(stdin)，從標準輸入流讀取一個字符
int getchar(void);
// 回傳獲取的字符的ASCII碼值，如果到達檔案末尾就回傳EOF（即回傳-1）
基于行
// 從給定的檔案流中讀取(count-1)個字符或者讀取直到遇到換行符或者EOF
// fgets中的f代表“file”，而s代表“string”
char *fgets( char *restrict str, int count, FILE *restrict stream );
// 回傳指向字串的指標或者空指標NULL
格式化輸入
// 按照format的格式從標準輸入流stdin中讀取所需的資料并儲存在相應的變數中
// scanf中的f代表“format”
int scanf( const char *restrict format, ... );
// 按照format的格式從檔案流stream中讀取所需的資料并儲存在相應的變數中
// fscanf中前一個f代表“file(stream)”，后一個f代表“format”
int fscanf( FILE *restrict stream, const char *restrict format, ... );
// 按照format的格式從字串buffer中截取所需的資料并儲存在相應的變數中
// sscanf中的第一個s代表“string”，字串
int sscanf( const char *restrict buffer, const char *restrict format, ... );
// 回傳一個整型數值，代表成功根據格式賦值的變數數（arguments）
最常到的輸入流問題
先來個不會出問題的示例：
#include <stdio.h>
int main()
{
char test1[200];
char test2[200];
char testChar;
printf("Input a Character: \n");
testChar = getchar();
fprintf(stdout, "Input String1: \n");
scanf("%s", test1);
fprintf(stdout, "Input String2: \n");
scanf("%s", test2);
printf("Got String1: [ %s ]\n", test1);
printf("Got String2: [ %s ]\n", test2);
printf("Got Char: [ %c ]\n", testChar);
return 0;
}
運行效果：
出問題的示例：
#include <stdio.h>
int main()
{
char test[200];
char testChar1, testChar2, testChar3;
fprintf(stdout, "Input String: \n");
scanf("%3s", test);
printf("[1]Input a Character: \n");
testChar1 = getchar();
printf("[2]Input a Character: \n");
testChar2 = fgetc(stdin);
printf("[3]Input a Character: \n");
testChar3 = getchar();
printf("Got String: [ %s ]\n", test);
printf("Got Char1: [ %c ]\n", testChar1);
printf("Got Char2: [ %c ]\n", testChar2);
printf("Got Char3: [ %c ]\n", testChar3);
return 0;
}
運行效果：
因為我將格式設定為了%3s，所以scanf最多接收包含三個字符的字串，
在這個示例中，我按要求輸入了一條字串Hello，并按下回車輸入一個換行符，緩沖區資料Hello\n被寫入到了stdin中，而scanf只從標準流stdin中讀走了Hel這一部分字串，
此時，標準流stdin中實際上還剩3個字符：
lo\n(回車輸入的換行符)
于是接下來三次針對字符的輸入函式只會分別從stdin中取走這三個字符，而不會等待用戶輸入，這就沒有達到我想要的效果，
在基本的命令列程式中很容易遇到這類問題，這也是為什么需要及時清空輸入流stdin中的資料，
如何處理殘余內容
?? 以下內容假設stdout和stdin兩個標準流都是在行緩沖模式下的，
標準輸出流stdout
雖然本文主要是寫輸入流，但這里我還是掠過一下標準輸出流stdout，C語言標準庫中提供了一個用于重繪輸出流緩沖區的函式：
int fflush( FILE *stream );
// 如果成功了，回傳0，否則回傳EOF(-1)
要清空標準輸出流對應的緩沖區，只需要使用fflush(stdout)即可，上面的這個例子可以修改成這樣：
#include <stdio.h>
int main()
{
// 設定緩沖模式為行緩沖，緩沖區大小為10位元組
setvbuf(stdout, NULL, _IOLBF, 10);
fprintf(stdout, "1234567"); // 這里先向stdout對應的緩沖區中寫入了7位元組
fflush(stdout); // 重繪緩沖區，將緩沖區中的資料寫入到標準輸出流中
getchar(); // 這里等待用戶輸入
printf("89"); // 再向stdout對應的緩沖區中寫入了2位元組
fflush(stdout);
getchar(); // 接著等待用戶輸入
printf("Print!"); // 再向stdout對應的緩沖區中寫入了6位元組
getchar(); // 最后再等待一次用戶輸入
return 0;
}
運行效果：
可以看到，加入fflush(stdout)后，輸出緩沖區的內容會被及時寫入stdout中，繼而列印到螢屏上，
值得注意的是，fflush(stdin)的行為是未定義（不確定）的：
For input streams (and for update streams on which the last operation was input), the behavior is undefined.
不同平臺的編譯器對此有不同的解釋，
-
比如在Windows平臺上，無論是
VC6.0這種目前一些學校教學還在使用的古董編譯器，還是gcc 8.x.x，大體還是支持通過這種操作清空輸入流的， -
但是在Linux平臺上的
gcc編譯器就不買賬了，是不支持fflush(stdin)這種操作的，
因此，盡量避免fflush(stdin)這種寫法，這十分不利于代碼的可移植性，
標準輸入流stdin
上面提到因為可移植性要避免fflush(stdin)這種寫法，接下來記錄一下可移植性高的寫法，
接受格式化輸入時去除多余空白符
這一種其實用的比較少，但我覺得還是得記一下，
whitespace characters: any single whitespace character in the format string consumes all available consecutive whitespace characters from the input. Note that there is no difference between "\n", " ", "\t\t", or other whitespace in the format string.
上面這段解釋來自于cppreference，也就是說，格式化字串中的空白符（如"\n", " ", "\t\t"）會吸收輸入字串中的一段連續的空白符，
也就是說，下面這句格式化輸入函式：
scanf(" %c %c",&recvChar1,&recvChar2);
可以從stdin中讀取形如 \n a b， \t a b這樣的資料，其中a之前的空白符和a與b之間的空白符都會被吸收，scanf得以能準確獲取字符a和b，
依靠這個特性，我們可以在接收輸入時自動剔除stdin中殘留的空白符：
// 因為格式%s不會匹配多余的空白符，這里按回車后，stdin中會殘留一個換行符\n
scanf("%s",recvStr);
// 在格式%c前加一個空格，可以吸收掉上面殘留的換行符\n，程式便能如預期接受用戶輸入
scanf(" %c",&recvChar);
然而，這一種方法僅只能剔除多余的空白符，
使用中括號字符集
這個解決方法可以和上面剔除空白符的方法進行結合，
格式化輸入有一個說明符 %[set]，它的功能和正則運算式中的中括號[ ]十分類似：
-
其中
set代表一個用于匹配的字符集，一般情況下匹配的是存在字符集中的字符 -
字符集的第一個字符如果是
^，則表示取反，匹配的是不存在于該字符集中的字符 -
可以在中括號中使用短橫線
-來表達一個范圍，比如%[0-9]代表匹配0-9之間的字符，值得注意的是，對于短橫線-，可能在不同編譯器之間有不同實作，它是implementation-defined的，
另還有一個說明符 * ，它被稱為賦值抑制或賦值屏蔽符，如字面意思，在%引導的格式轉換字串中如果包含*，這個格式匹配的內容不會被賦給任何變數，
于是，可以給出如下的陳述句：
// 星號 * 代表不會把匹配到的內容賦給變數，相當于“吸收”掉了
// [^\n] 代表除了換行符外一律匹配
scanf("%*[^\n]");
因為用戶結束一次輸入的標志通常是按回車輸入一個換行符，殘留的內容往往末尾是一個換行符，上面這句的原理就是吸收掉stdin中所有的殘余字符，直至達到最后一個字符，也就是換行符，
然而，換行符不會被上面這句所吸收，所以在接下來的輸入中只需要忽略stdin中的殘余空白符即可（換行符就是空白符之一）：
scanf("%*[^\n]");
scanf(" %c",&recvChar);
這種方法已經可以解決一般情況下的輸入殘余問題，不過在后續接受格式化輸入時還得忽略換行符\n，還是有點麻煩，
回圈取走殘余字符
這一種方法能在清除殘余時順便吸收掉末尾的換行符\n，
取字符需要用到取單個字符的輸入函式，這里為了方便，選用的是getchar()，
一般情況下可以這樣寫：
// getchar() 會從 stdin 中取走一個字符
while(getchar() != '\n')
;
（使用前提：stdin中有殘余）
while回圈會一直進行，直至getchar()取到的字符為換行符\n為止，這樣就可以順帶吸收掉末尾的換行符了，能相對完美地清除掉stdin中的殘余內容，
（在行緩沖模式下，用戶的一次輸入通常以一個換行符結束）
不過咧，還可以考慮更周全點，在getchar()獲取字符失敗的時候會回傳EOF，但此時并不滿足while回圈的退出條件，對此可以再完善一下：
// 臨時儲存字符
// 之所以是整型(int)，是因為EOF是一個代表 負值整型（通常為-1） 的宏
int tempChar;
// tempChar=getchar()這種賦值陳述句本身的回傳值就是所賦的值
while ((tempChar = getchar()) != '\n' && tempChar != EOF)
;
這樣一來，當getchar()失敗時，程式執行就會跳出回圈，
綜上，針對stdin中的殘余內容的清除，最建議采用的便是最后這種處理方法，
不過其他的方法也是可以在一些場景中使用的，這就見仁見智了...
什么時候會回傳EOF
這里提一個題外的點：什么時候getchar()會回傳EOF？再進一步想，什么時候程式會認為標準流stdin達到了檔案流末尾？
實際上，這里的EOF往往是用戶輸入的一個特殊二進制值[3]，輸入方式：
-
在Windows系統下是 Ctrl + Z（F6應該也行）
-
在Linux下是 Ctrl + D
當用戶在輸入中發送EOF時，標準流stdin就會被標記為EOF，因此getchar()就會獲取字符失敗而回傳EOF，
// 測驗用代碼
#include <stdio.h>
int main()
{
char testChar;
fprintf(stdout, "Input Char: \n");
testChar = getchar();
if (testChar == EOF)
{
printf("Received EOF\n");
}
else
{
printf("Received a char\n");
}
return 0;
}
EOF在C語言中是一個宏，定義在頭檔案stdio.h中，其值為一個負值的整型（并不一定是 -1），因此上面用tempChar != EOF來判斷getchar()失敗，
處理殘余的陳述句放在哪里
現在咱已經搞清楚了清除殘余的代碼，那么這些代碼該放在哪呢？
對于標準輸出流stdout來說，fflush陳述句往往放在輸出函式執行完成之后，以立刻將輸出內容列印到螢屏上：
printf("Hello ");
printf("World!\n");
fflush(stdout);
當然，如果嫌麻煩可以在輸出前直接通過setbuf關閉stdout的緩沖：
setbuf(stdout, NULL);
對于標準輸入流stdin來說，處理殘余的陳述句往往放在每次輸入函式執行之后，以及時清理流中殘余內容：
int c;
char testChar1, testChar2;
scanf("%*s"); // * 用于屏蔽賦值
while ((c = getchar()) != '\n' && c != EOF)
;
testChar1 = getchar();
while ((c = getchar()) != '\n' && c != EOF)
;
scanf("%c", &testChar2);
當然，這樣就顯得有點冗余了，
實際上可以將清除的陳述句封裝進函式或者定義為宏（不過確實不太建議定義為宏），這樣也更便于維護，
總結
之前瀏覽了很多相關文章，標題和內容大多都寫著“清空輸入緩沖區”，現在想一下，這樣寫可能是不對的，因為實際我清空的是標準輸入流stdin中的殘留內容，在用戶輸入完成（輸入換行符）的那一刻，輸入緩沖區實際上就已經被清空了，
也就是說，標準流和對應的緩沖區要辨別清楚，二者不是同一個概念（一個stream一個buffer），千萬不能混淆了，
最后，感謝你看到這里~
本筆記可能還是有錯誤出現，也請各位多指教！
參考文獻
本筆記相關：
-
File input/output - cppreference.com
-
Clarify the difference between input/output stream and input/output buffer - StackOverflow
-
End of File in stdin - StackOverflow
關于"implementation-defined"
- Undefined, unspecified and implementation-defined behavior - StackOverflow
轉載請註明出處，本文鏈接：https://www.uj5u.com/houduan/499332.html
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