C/C++標準輸入輸出函式終極最全決議（不全捶我）

C/C++的一眾輸入輸出函式的區別常常搞得人暈頭轉向，二者之中又以輸入函式更加令人頭疼，本文嘗試整理C/C++的各種輸入輸出函式，

由于輸入涉及空格、換行符的讀取、忽略等問題，因此輸入比輸出更麻煩，所以本文將以輸入為主線，對應的輸出用法是類似的，

水平有限，如有疏漏，歡迎提出，

標準輸入流

C 標準輸入

C語言使用標準輸入輸出函式，需要包含頭檔案<stdio.h>，而在 C++ 中，只要包含頭檔案<iostream>，就完全可以使用這些 C 中的輸入輸出函式，

標準輸入流及對緩沖區的理解

stdin是一個檔案描述符（Linux）或句柄（Windows），它在 C 程式啟動時就被默認分配好，在 Linux 中一切皆檔案，stdin也相當于一個可讀檔案，它對應著鍵盤設備的輸入，因為它不斷地被輸入，又不斷地被讀取，像流水一樣，因此通常稱作輸入流，

stdin是一種行緩沖I/O，當在鍵盤上鍵入字符時，它們首先被存放在鍵盤設備自身的快取中（屬于鍵盤硬體設備的一部分），只有輸入換行符時，作業系統才會進行同步，將鍵盤快取中的資料讀入到stdin的輸入緩沖區（存在于記憶體中），所有從stdin讀取資料的輸入流，都是從記憶體中的輸入緩沖區讀入資料，當輸入緩沖區為空時，函式將被阻塞，

若無特殊說明，以下所有的“緩沖區”均是指記憶體中的stdin輸入緩沖區，用戶程式中自定義的buffer陣列、str陣列等，將稱作“陣列”、“變數”，以免產生混淆，

scanf()

按照特定格式從stdin讀取輸入，

用法示例：

char str[100];
int a;
scanf("%s %d", str, &a);    // 注意，傳入的一定是變數的地址

對空白字符的處理：

1. 緩沖區開頭：丟棄空白字符（包括空格、Tab、換行符），直到第一個非空白字符才認為是第一個資料的開始，
2. 緩沖區中間：開始讀取第一個資料后，一旦遇到空白字符（非換行符）， 就認為讀取完畢一次，遇到的空白字符殘留在緩沖區，直到下一次被讀取或重繪，例如輸入字串this is test，則會被認為是3個字串，
3. 緩沖區末尾：按下回車鍵時，換行符\n殘留在緩沖區，換行符之前的空格可以認為是中間的空白字符，處理同上，

注意，格式控制符只會讀取正確型別的變數，如果輸入格式不正確，比如在%d處輸入了一個字符a，則會使讀取中斷，即后續不讀取任何變數，

格式控制符說明：

注意，%c是一個比較特殊的格式符號，它將會讀取所有空白字符，包括緩沖區開頭的空格、Tab、換行符，使用時要特別注意，

scanf()的讀取也沒有邊界，所以并不安全，C11 標準提供了安全輸入scanf_s()，

scanf()對應的輸出函式是printf()，

gets() - 不建議

按下回車鍵時，從stdin讀取一行，

用法示例：

char str[100];
gets(str);

對空白字符的處理：

1. 所有空格、Tab等空白字符均被讀取，不忽略，
2. 按下回車鍵時，緩沖區末尾的換行符被丟棄，字串末尾沒有換行符\n，緩沖區也沒有殘留的換行符\n，

注意，gets()不能指定讀取上限，因此容易發生陣列邊界溢位，造成記憶體不安全，C11 使用了gets_s()代替gets()，但有時編譯器未必支持，因此總體來說不建議使用gets()函式來讀取輸入，

gets()對應的輸出函式是puts()，

fgets()

從指定輸入流讀取一行，輸入可以是stdin，也可以是檔案流，使用時需要顯式指定，

讀取檔案流示例：

char str[100];
memset(str, 0, sizeof(str));
int i = 1;
 
FILE *fp = fopen("...test.txt", "r");
if (fp == NULL) {
    printf("File open Error!\n");
    exit(1);
}
 
while (fgets(str, sizeof(str), fp) != NULL)
    printf("line%d [len %d]: %s", i++, strlen(str), str);
 
fclose(fp);

讀取stdin示例：

char str[100];
memset(str, 0, sizeof(str));
int i = 1;
while (fgets(str, sizeof(str), stdin) != NULL)
    printf("line%d [len %d]: %s", i++, strlen(str), str);

對空白字符的處理：

1. 所有空格、Tab等空白字符均被讀取，不忽略，
2. 按下回車鍵時，緩沖區末尾的換行符也被讀取，字串末尾將有一個換行符\n，例如，輸入字串hello，再按下回車，則讀到的字串長度為6，

fgets()函式會自動在字串末尾加上\0結束符，

第 2 個引數n指定了讀取的最大長度，函式讀到n-1個字符（包括換行符\n）就會停止，并在末尾加上\0結束符，剩余字符將殘留在緩沖區，

建議使用fgets()完全替代gets()，

fgets()對應的輸出函式是fputs()，

fgetc() & getc()

從指定輸入流讀取一個字符，輸入可以是stdin，也可以是檔案流，使用時需要顯式指定，

這兩個函式完全等效，getc()由fgetc()宏定義而來，不同的是，前述的gets()和fgets()相互之間沒有關系，

用法示例：

char a, b;
a = fgetc(stdin);
b = getc(stdin);

對空白字符的處理：

1. 所有空格、Tab、換行等空白字符，無論在緩沖區開頭、中間還是結尾，均會被讀取，不忽略，
2. 因為只讀取一個字符，所以如果輸入多于1個字符（包括換行符），則它們均會殘留在緩沖區，具體地說，如果什么字符都不輸入，直接按下回車鍵，則讀取到的是換行符\n，緩沖區無任何殘留；如果輸入一個字符如a，然后按下回車鍵，則讀取到的是字符a，同時換行符\n殘留在緩沖區，

fgetc()和getc()對應的輸出函式是fputc()和putc()，

getchar()

從stdin讀取一個字符，

getchar()實際上也由fgetc()宏定義而來，只是默認輸入流為stdin，

用法示例：

char a;
a = getchar();

getchar()常常用于清理緩沖區開頭殘留的換行符，當知道緩沖區開頭有\n殘留時，可以呼叫getchar()但不賦值給任何變數，即可實作沖刷掉\n的效果，

getchar()對應的輸出函式是putchar()，

C++ 標準輸入

C++中使用標準輸入輸出需要包含頭檔案<iostream>，一般使用iostream類進行流操作，其封裝很完善，也比較復雜，本文只介紹一部分，

cin

cin是 C++ 的標準輸入流物件，即istream類的一個物件實體，cin有自己的緩沖區，但默認情況下是與stdin同步的，因此在 C++ 中可以混用 C++ 和 C 風格的輸入輸出（在不手動取消同步的情況下），

cin與stdin一樣是行緩沖，即遇到換行符時才會將資料同步到輸入緩沖區，

cin的用法非常多，只列舉常用的幾種，最常用的就是使用>>符號（我認為該符號形象地體現了“流”的特點），

用法示例：

int a, b;
cin >> a >> b;
char str[20];
cin >> str;

cin對空白字符的處理與scanf一致，即：跳過開頭空白字符，遇到空白字符停止讀取，且空白字符（包括換行符）殘留在緩沖區，

如果不想跳過空白字符，可以使用流控制關鍵詞noskipws（no skip white space），但這只對單個字符有效（類似于scanf中的%c），

char c;
cin >> noskipws >> c;

注意，cin物件屬于命名空間std，如果想使用cin物件，必須在 C++ 檔案開頭寫using namespace std，或者在每次用到的時候寫成std::cin，

cin.get()

讀取單個或指定長度的字符，包括空白字符，

用法示例：

char a, b;
char str[20];
 
// 讀取一個字符，讀取失敗時回傳0，多余字符殘留在緩沖區（包括換行符）
a = cin.get();
 
// 讀取一個字符，讀取失敗時回傳EOF，多余字符殘留在緩沖區（包括換行符）
cin.get(b);
 
// 在遇到指定終止字符（引數3）前，至多讀取n-1個（引數2）字符
// 當不指定終止字符時，默認為換行符\n
// 如果輸入的字符個數小于等于n-1（不含終止字符），則終止字符不殘留在緩沖區
// 如果輸入的字符個數多于n-1（不含終止字符），則余下字符將殘留在緩沖區
cin.get(str, sizeof(str), '\n');

cin.get()讀取單個字符時，類似于 C 中的fgetc()，對空白字符的處理也與其一致，cin.get()讀取的字符也可以賦值給整型變數，

cin.get()讀取指定長度個字符時，類似于 C 中的fgets()，但在換行符的處理上不同，它們都不會使換行符殘留在緩沖區，但fgets()會將緩沖區末尾的換行符\n也寫入字串，而cin.get()會丟棄緩沖區末尾的\n，即：當輸入test時，用fgets()讀取得到的字串長度為5，用cin.get()讀取得到的字串長度為4，

cin.getline()

讀取指定長度的字符，包括空白字符，

用法示例：

char str[20];
cin.getline(str, sizeof(str));    // 第3個引數也可以指定終止字符

cin.getline()與cin.get()指定讀取長度時的用法幾乎一樣，區別在于，如果輸入的字符個數大于指定的最大長度n-1（不含終止符），cin.get()會使余下字符殘留在緩沖區，等待下次讀取；而cin.getline()會給輸入流設為 Fail 狀態，在主動恢復之前，無法再進行正常輸入，

getline()

getline()并不是標準輸入流istream的函式，而是字串流sstream的函式，只能用于讀取資料給string類物件，使用時也需要包含頭檔案<string>，

如果使用getline()讀取標準輸入流的資料，需要顯式指定輸入流，

用法示例：

string str;
getline(cin, str);

getline()會讀取所有空白字符，且緩沖區末尾的換行符會被丟棄，不殘留也不寫到字串結尾，同時，由于string物件的空間是動態分配的，所以會一次性將緩沖區讀完，不存在讀不完殘留在緩沖區的問題，

需要注意的是，假如緩沖區開頭就是換行符（比如可能是上一次cin殘留的），則getline()會直接讀取到空字串并結束，不會給鍵盤輸入的機會，所以這種情況下要注意先清除開頭的換行符，

總結

在 C 中，建議使用scanf()進行格式化讀取，用fgets()讀取整行，用fgetc()或getchar()讀取單個字符，

在 C++ 中，建議使用cin >>進行格式化讀取，而cin.get()、cin.getline、getline(string)有各自的適用情況，

注意fgets()和cin.get()在對換行符的清理方面有所區別，

標準輸出流

C 標準輸出

標準輸出流及對緩沖區的理解

相應于輸入流的stdin，輸出流也有其默認的檔案描述符stdout，對應著命令列終端（Windows 中稱為控制臺）的顯示，此外，還有對應錯誤輸出的stderr，默認也是終端的顯示，它們都可以被重定向到檔案中以便持久保存和查看，在此不作贅述，

stdout也是行緩沖I/O，它與stdin類似也有三者之間的資料同步：從用戶程式到stdout的輸出緩沖區，由用戶程式決定；從stdout的輸出緩沖區到終端的顯示，只有緩沖區末尾遇到換行符\n才會進行，如果輸出緩沖區末尾沒有換行符\n，是不會列印顯示輸出的，

例如以下程式：

// 程式 1
int main(int argc, char* argv[])
{
    printf("Hello World!\n");
    while(1){}
    return 0;
}
 
// 程式 2
int main(int argc, char* argv[])
{
    printf("Hello World!");
    while(1){}
    return 0;
}
 
// 程式 3
int main(int argc, char* argv[])
{
    printf("Hello World!")
    return 0;
}
 
// 程式 1
int main(int argc, char* argv[])
{
    printf("Hello World!\nABCDE");
    while(1){}
    return 0;
}

程式 1 中，printf()輸出內容的最后有換行符\n，所以將在螢屏上輸出Hello World!并換行，然后進入while(1)回圈阻塞住，

程式 2 中，把\n去掉了，此時終端不會顯示任何內容，因為程式進入死回圈后，沒有機會向stdout中寫入\n使其清慷訓沖，

程式 3 中，雖然沒有寫入換行符，但是依然能夠在終端列印Hello World!（只是沒有換行），這是因為程式結束時會自動清慷訓沖區，（除此之外，當緩沖區被填滿時也會自動清空）

程式 4 能夠進一步加深對行緩沖的理解，它在程式 1 的基礎上，在換行符之后又加上了幾個字符，運行可以發現終端只列印了Hello World!并換行，而沒有列印ABCDE，

輸出函式通常沒有針對對空格、制表符的特殊行為，比輸入要簡單一些，特殊的處理一般只有換行符，

printf()

按照特定格式將stdout緩沖區的內容列印到終端，

用法示例：

printf("Number a = %d", a);      // 十進制整數
printf("Number b = %.2f", b);    // 浮點數，保留兩位小數
printf("String s = %s", s);      // 字串

printf()的寫法與scanf()十分相像，區別在于scanf()中一般只有格式控制字符，而沒有其他普通字符，而printf()中常常是在一串字符中把要替換的內容寫為格式控制字符，從而形成格式化輸出的效果，

puts()

將字串和一個尾隨的換行符\n寫入到stdout的緩沖區，根據行緩沖的性質，終端也會立即進行列印顯示，

用法示例：

puts("hello");    // 立即輸出hello并換行

puts()對換行符的處理與gets()“相反”，gets()會自動丟棄一個換行符，而puts()則是自動寫入一個換行符，

fputs()

將字串寫入指定輸出流，可以是檔案流、stdout或stderr等，stderr是標準錯誤流，它是無緩沖的，會立即輸出到螢屏，而不是等待換行符才輸出，

用法示例：

fputs("hello world", stdout);    // 不會立即輸出
fputs("hello world\n", stdout);  // 立即輸出
fputs("hello world", stderr);  // 立即輸出

與fgets()一樣，fputs()不會主動操作換行符，如果希望立即輸出，需要自己加上換行符\n，

fputc() & putc()

將一個字符寫入指定輸出流，可以是檔案流、stdout或stderr等，

用法示例：

char c = 'q';
fputc(c, stdout);
c = '\n';
putc(c, stdout);

fputc()和putc()只是把字符寫入stdout，沒有任何額外操作，因此如果希望立即輸出，需要自己加上換行符\n，

putchar()

將一個字符寫入到標準輸出流stdout，

用法示例：

char c = 'x';
putchar(c);

同上，putchar()不操作換行符，如果希望立即輸出，需要自己加上換行符\n，

fflush()

該函式的功能是強制重繪緩沖區，將資料立即寫到對應的檔案（或設備），其引數可以是檔案流指標，也可以是stdout，

用法示例：

fputs("Hello World!", stdout);
fflush(stdout);
while (1);

上面的程式在進入死回圈前，會輸出Hello World!字串到螢屏，

注意：不能夠將fflush()用于stdin！這可能導致不可預料的后果，

C++ 標準輸出

cout

cout是ostream類的一個實體，cout是行緩沖的，

用法示例：

char str[] = "hello world";
cout << "str: " << str << endl;

插入endl物件時，將立即清空輸出緩沖區并顯示，然后輸出一個換行符\n，

也有cout.put()等函式，不常用，

cerr

cerr是標準錯誤流，也是ostream類的一個實體，并默認輸出設備為顯示屏上的命令列終端，它默認與stderr同步，

cerr是非緩沖的，即插入資料時會立即輸出，

用法示例：

char str[] = "File open FAILED!";
cerr << "[Error] " << str;

clog

clog是標準日志流，也是ostream類的一個實體，并默認輸出設備為顯示屏上的命令列終端，

clog是有緩沖的，但具體的重繪條件沒有找到資料，實測以下代碼是可以輸出在螢屏的：

clog << "Failed!";
while(1){}

總結

標準輸出相比輸入來說較為簡單，需要注意的是stdout和cout是行緩沖的，而stderr和cerr是無緩沖的，

C++ 流的高級用法請參考其他資料，

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