C语言输入输出 (I/O) 函数详解

核心概念：流

在C语言中，所有的I/O操作都是通过“流”来完成的。流是一个字符序列，它可以是文件、物理设备（如键盘、屏幕）等。stdio.h 库预定义了三个标准流：

• stdin: 标准输入流，默认连接到键盘。
• stdout: 标准输出流，默认连接到屏幕。
• stderr: 标准错误流，默认连接到屏幕。

格式化I/O函数

printf / fprintf / sprintf / snprintf (常用)

• 函数原型:

  int printf(const char *format, ...);
  int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...);
  int sprintf(char *str, const char *format, ...);
  int snprintf(char *str, size_t size, const char *format, ...);
  

• 用途:
  • printf: 将格式化的数据输出到 stdout (屏幕)。
  • fprintf: 将格式化的数据输出到指定的 stream (文件)。
  • sprintf: 将格式化的数据输出到一个字符串 str 中。
  • snprintf: sprintf 的安全版本，最多向 str 写入 size 个字符，防止缓冲区溢出。
• 示例代码:

  #include <stdio.h>
  
  int main() {
      char buffer[50];
      int year = 2024;
  
      // 输出到屏幕
      printf("Hello, World! Year: %dn", year);
  
      // 输出到文件
      FILE *fp = fopen("log.txt", "w");
      if (fp != NULL) {
          fprintf(fp, "Log entry for year %d.n", year);
          fclose(fp);
      }
  
      // 输出到字符串 (安全版本)
      snprintf(buffer, 50, "The year is %d.", year);
      puts(buffer);
  
      return 0;
  }
  

• 注意事项:
  1. 类型匹配: 必须确保格式说明符（如 %d, %f, %s）与后面的参数类型和数量完全匹配。
  2. 缓冲区溢出: 绝对不要使用 sprintf！它不检查边界，极易造成缓冲区溢出。始终使用 snprintf。

scanf / fscanf / sscanf (常用)

• 函数原型:

  int scanf(const char *format, ...);
  int fscanf(FILE *stream, const char *format, ...);
  int sscanf(const char *str, const char *format, ...);
  

• 用途:
  • scanf: 从 stdin (键盘) 读取格式化的输入。
  • fscanf: 从指定的 stream (文件) 读取格式化的输入。
  • sscanf: 从一个字符串 str 中解析格式化的输入。
• 示例代码:

  #include <stdio.h>
  
  int main() {
      int age;
      char name[50];
      const char *data = "Charlie 30";
  
      // 从字符串解析
      sscanf(data, "%49s %d", name, &age);
      printf("从字符串读取 -> 姓名: %s, 年龄: %dn", name, age);
  
      return 0;
  }
  

• 注意事项:
  1. 取地址符 &: 必须为非指针变量传递地址。
  2. 缓冲区溢出: 使用 %s 时必须指定最大宽度，如 %49s。
  3. 检查返回值: 必须检查函数返回的成功赋值的项数。
  4. 输入缓冲区残留: scanf 和 fscanf 会将换行符 n 留在输入缓冲区中，可能干扰后续的字符/行读取。

字符I/O函数

fgetc / getc / getchar (常用)

• 函数原型:

  int fgetc(FILE *stream);
  int getc(FILE *stream); // 通常实现为宏，更快但有副作用风险
  int getchar(void); // 等价于 getc(stdin)
  

• 用途: 从指定流或 stdin 读取一个字符。

• 注意事项: 返回类型是 int 而不是 char，以容纳文件结束符 EOF。必须用 int 变量接收返回值。

fputc / putc / putchar (常用)

• 函数原型:

  int fputc(int character, FILE *stream);
  int putc(int character, FILE *stream); // 通常实现为宏
  int putchar(int character); // 等价于 putc(character, stdout)
  

• 用途: 将一个字符写入到指定流或 stdout。

ungetc (不常用)

• 函数原型: int ungetc(int character, FILE *stream);
• 用途: 将一个字符 character 推回到输入流 stream 中，以便下一次读取时能再次读到它。每个流只保证能成功推回一个字符。

行/字符串I/O函数

fgets (常用)

• 函数原型: char *fgets(char *str, int num, FILE *stream);
• 用途: 强烈推荐的安全函数。从 stream 读取最多 num-1 个字符到 str 中，或读到换行符为止。它会自动在末尾添加 。
• 注意事项: 会将换行符 n 也读入字符串，通常需要手动移除。

fputs / puts (常用)

• 函数原型:
  c
int fputs(const char *str, FILE *stream);
int puts(const char *str);* 用途:
  • fputs: 将字符串 str 写入到 stream 中，不会自动添加换行。
  • puts: 将字符串 str 写入到 stdout，并自动在末尾添加一个换行符 n。

gets (已废弃)

• 警告: 此函数极度危险，绝对不要使用！ 已在 C11 标准中被彻底移除。

文件I/O与定位函数

fopen / fclose (常用)

• 函数原型:
  c
FILE *fopen(const char *filename, const char *mode);
int fclose(FILE *stream);
• 用途: 打开和关闭文件。fopen 失败返回 NULL，fclose 成功返回 0。必须配对使用。

freopen (不常用)

• 函数原型: FILE *freopen(const char *filename, const char *mode, FILE *stream);
• 用途: 重新关联一个已打开的流到另一个文件或设备。常用于重定向 stdin, stdout。

fseek / ftell / rewind (常用)

• 函数原型:
  c
int fseek(FILE *stream, long offset, int whence);
long ftell(FILE *stream);
void rewind(FILE *stream);

• 用途:

  • fseek: 在文件流中定位读写指针。whence 可为 SEEK_SET (文件头), SEEK_CUR (当前位置), SEEK_END (文件尾)。
  • ftell: 返回当前读写指针相对于文件头的位置（字节数）。
  • rewind: 将读写指针移回文件开头，等价于 fseek(stream, 0L, SEEK_SET)。
• 示例代码:

  fseek(fp, 0, SEEK_END); // 定位到文件末尾
  long file_size = ftell(fp); // 获取文件大小
  rewind(fp); // 回到文件开头
  

feof / ferror / clearerr (常用)

• 函数原型:
  c
int feof(FILE *stream);
int ferror(FILE *stream);
void clearerr(FILE *stream);
• 用途:
  • feof: 检查文件流的文件结束指示符是否被设置。
  • ferror: 检查文件流的错误指示符是否被设置。
  • clearerr: 清除文件结束和错误指示符。
• 注意事项: feof 只在尝试读取文件末尾之后才返回真。正确的循环读取文件方式是检查读取函数的返回值，而不是用 while(!feof(fp)) 作为循环条件。

remove / rename (较常用)

• 函数原型:
  c
int remove(const char *filename);
int rename(const char *old_filename, const char *new_filename);
• 用途: 删除文件和重命名文件。

直接/二进制I/O函数

fread / fwrite (常用)

• 函数原型:
  c
size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);
size_t fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);
• 用途: 用于读写二进制数据块。
• 注意事项: 返回成功读/写的项目数 (nmemb)。必须检查此返回值。读写二进制数据时应使用二进制模式 ("rb", "wb")。

格式化I/O说明符大全

常用说明符

说明符	参数类型	输出/输入描述
%d, %i	int	带符号十进制整数。%i 在 scanf 中可自动识别八/十六进制前缀。
%u	unsigned int	无符号十进制整数。
%o	unsigned int	无符号八进制整数。
%x, %X	unsigned int	无符号十六进制整数 (abcdef / ABCDEF)。
%f, %F	double	十进制浮点数。
%e, %E	double	科学记数法浮点数 (e / E)。
%g, %G	double	自动选择 %f 或 %e 中更紧凑的形式。
%c	int	单个字符。
%s	char*	字符串。
%p	void*	指针地址（以十六进制表示）。
%%	(无)	打印一个 % 字符本身。

不常用说明符

说明符	参数类型	输出/输入描述
%a, %A	double	十六进制浮点数 (p / P 表示指数)。
%n	int*	(仅printf家族) 将已输出的字符数写入到对应的指针参数中，不输出任何字符。

修饰符 (与说明符组合使用)

1. 标志 (Flags)

   标志	作用
   -	左对齐（默认是右对齐）。
   +	即使是正数，也强制显示 + 号。
   (空格)	若为正数，则在前面留一个空格。
   #	对 o, x, X 添加前缀 0, 0x, 0X；对浮点数强制显示小数点。
   0	用前导零填充字段宽度，而非空格。

2. 宽度 (Width)

   宽度	作用
   number	指定最小字段宽度。若实际值较短，则用空格或0填充。
   *	字段宽度由一个 int 类型的参数动态指定。

3. 精度 (Precision)

   精度	作用
   .number	对整数，指定最少输出的数字位数；对浮点数，指定小数点后的位数；对字符串，指定最大输出的字符数。
   .*	精度由一个 int 类型的参数动态指定。

4. 长度 (Length) - 非常重要

   长度	用于修饰整数/浮点数类型
   hh	signed/unsigned char
   h	short
   l	long
   ll	long long
   L	long double
   z	size_t (例如 %zu)
   t	ptrdiff_t (例如 %td)
   j	intmax_t / uintmax_t

scanf 专用修饰符

修饰符	作用
*	赋值抑制符。读取数据但不赋值给任何变量。例如 scanf("%d %*c %d", &a, &b); 会读取一个整数、一个字符、一个整数，但中间的字符会被忽略。
[...]	字符集。只读取 [] 中包含的字符。[^...] 表示读取不包含在 [] 中的字符。例如 scanf("%[a-zA-Z]", name); 只会读取英文字母。