字符输入输出

• 输入输出、有无缓冲的区别

• 键盘模拟文件结尾(EOF)条件

• 重定向链接程序和文件

• 更友好的用户界面

用于输入输出的函数简称 I/O 函数，如 printf() scanf() getchar() putchar()。这些 IO 函数负责把信息传送到程序中。

最初输入输出函数并不是 C 定义的一部分，C 标准把这些函数交给编译器的实现者来实现。UNIX 系统中有这些函数的实行，ANSI C 库借鉴了成功经验，把大量的 UNIX I/O 函数囊括其中。

C 作为底层语言需要保证这些标准函数在不同系统上都能使用，所以避免使用特殊系统才有的特性。因此有些供应商会利用硬件特性实现更多的 I/O 函数。这里只讨论所有计算机系统都通用的标准 I/O 函数。使用标准 IO 函数写的程序很容易从一个系统移植到另一个系统。

单字符 IO getchar() 和 putchar()

这两个函数每次只处理一个字符，这种方法很适合计算机，这也是绝大多数文本处理程序使用的核心方法。

自 ANSI C 标准后，这两个函数就关联在 stdio.h 文件中。事实上，这两个不是真正的函数，这两个是宏。

// echo.c
#include <stdio.h>

int main(void)
{
    char ch;
    while( (ch = getchar()) != '#' )
        putchar(ch);
    return 0;
}

这段代码会读取键盘输入，直到遇到 # 退出。首先需要了解 C 程序如何处理键盘输入，尤其是缓冲和标准输入文件的概念。

abcdefg

输入之后并没有回显，这些内容是存放在缓冲区的，

缓冲区

如果没有缓冲区，上面这段代码在每收到一个字符就会立刻显示出来，正在等待的程序可以立即获得输入的字符。大部分系统需要用户按下 ENTER 之前不会重复打印。用户输入的字符都被收集并存储在缓冲区(buffer)，按下 ENTER 后，缓冲区的内容送给程序。

缓冲区的存在也是出于系统运行效率考虑的。每个字符单独传输的效率要比打包传输低得多。(内核态与硬件交互，集中起来送给用户态程序，更多细节参考操作系统课程)。

并不是所有程序都需要缓冲区，如游戏程序，使用缓冲区是不明智的。

缓冲分为两类：完全缓冲I/O 和 行缓冲I/O。

• 完全缓冲输入：当缓冲区满时才刷新缓冲区(内容发送至目的地)

  • 常出现在文件输入

  • 缓冲区大小取决于系统，常见 512 字节和 4096 字节

• 行缓冲输入：键盘输入，按下 ENTER 才刷新缓冲区

ANSI C 和后续的 C 标准都规定输入是缓冲的。

UNIX 系统可以使用 ioctl() 函数指定输入的类型，然后用 getchar 执行操作。

结束键盘输入

上面程序中的 # 也是一个普通字符，更好的方法是用一个在文本中用不到的字符来标记输入完成，这样的字符不会再文本中出现，C 提供了这样的字符，即 EOF，linux 里按键组合为 ctrl + D

文件是对存储数据的抽象，可以将文件视为一个字节序列，C 中有处理文件的函数，从概念上看，C 程序处理的是流而不是直接处理文件。流即字节流。这里提出文件，是要理解把键盘输入输出也可以视为字节流，即文件。可以把键盘和显示器视为 C 程序自动打开的文件，stdin 为键盘输入，stdout 为屏幕输出。(linux 文件描述符012，更多内容查看操作系统)。

在处理文件时，C 是可以检测到文件尾的，既然把键盘输入视为文件流的输入，那么也应该可以使用检测文件结尾的方法检测结束键盘输入。

文件结尾，早期 CP/M、IBM-DOS、MS-DOS 的方法是在文件尾放一个特殊字符即ctrl + Z ，现在也有可以使用文件大小判断文件结尾，但是如果有这个字符标记，那么一定就是文件结尾。使用 getchar 读取时，会返回一个 EOF 。

现在这个程序可以把用户输入的内容复制到屏幕上。假如通过某种方式可以把一个文件传送给这个程序，那么岂不是可以把这个文件显示在屏幕i上？或者把键盘输入的内容保存到一个文件中？所以这段小程序有查看文件内容、创建新文件、复制文件的潜力，问题的关键是我们需要编程控制输入输出流。

#include <stdio.h>

int main()
{
    char ch;
    while ((ch = getchar()) != EOF)
        putchar(ch);
    return 0;
}

在这个代码中，需要键盘输入 CTRL + D 来模拟文件结束。

重定向和文件

除了用键盘输入，向屏幕输出，也可以从文件输入，输出到文件，这就是重定向。

比如

echo hello world > txt
./a.out < txt

这些文本文件在读到结尾时，操作系统会自动返回一个 EOF ，程序也就结束了。