【C++】getchar() 与 putchar() 的深入解析

💯前言

• getchar() 和 putchar() 是 C/C++ 编程语言中的两个基础字符输入输出函数，主要用于逐字符的数据交互。这两个函数的使用体现了计算机系统底层处理输入输出的方式，有助于理解更复杂的 I/O 操作原理。本文将系统性地探讨它们的定义、功能、返回值、实际应用示例以及常见的使用问题，以便为读者提供关于这两个函数的深入认识。
  C++ 参考手册
  
  getchar
  
  putchar
  

💯函数原型及头文件包含

• getchar() 和 putchar() 的原型定义在标准 I/O 库头文件 <cstdio> 中，在 C++ 中也可以通过包含 <stdio.h> 来使用这些函数，以兼容 C 的特性。

  #include <cstdio>
  

  在 C++ 程序中，通常还会包含 <iostream>，以便使用如 cout 等流对象进行复杂的输出操作。虽然 getchar() 和 putchar() 是 C 标准库的函数，但由于 C++ 具有对 C 的兼容性，因此可以在 C++ 中无缝使用这些函数。
  

💯 getchar() 和 putchar() 的基本概念

2.1 getchar() 函数

getchar

• 定义：

  int getchar(void);
  

• 功能：getchar() 从标准输入（通常是键盘）中读取一个字符。当程序执行到 getchar() 时，它会暂停并等待用户输入一个字符并按下回车键。
• 返回值：函数返回读取到的字符的 ASCII 值，数据类型为 int，以便与 EOF 这样的特殊值兼容。如果输入失败或者到达文件的末尾，getchar() 会返回 EOF（通常为 -1）。
• 特点：getchar() 并不会忽略输入中的空格、换行符等字符，它会按顺序读取所有输入字符，包括这些空白字符。

2.2 putchar() 函数

putchar

• 定义：

  int putchar(int character);
  

• 功能：putchar() 将参数指定的字符输出到标准输出（通常是屏幕）。参数为字符的 ASCII 值，因此通常用 int 类型传递。
• 返回值：函数返回所输出字符的 ASCII 值，如果输出失败则返回 EOF。这一设计使得程序可以检测输出操作的成功与否，便于错误处理。
• 使用场景：putchar() 常用于逐一输出字符，通常在实现字符流处理时因其简单而被优先选择。

💯输入输出的关系与返回值的解释

3.1 getchar() 的返回值

• getchar() 的返回值为读取到的字符的 ASCII 值。例如，如果用户输入 a，则 getchar() 的返回值为 97。
• 如果读取失败或者遇到文件的结束标志，getchar() 会返回 EOF，通常是 -1。在控制台中，按下 Ctrl+Z（Windows）或者 Ctrl+D（Linux/Mac）可以模拟 EOF，以标识输入的结束。

  #include <iostream>
  #include <cstdio>
  using namespace std;
  
  int main() {
      int ch = getchar(); // 从标准输入读取一个字符，存储到变量 ch 中
      cout << ch << endl; // 输出 ch 的整数值（ASCII 码）
      return 0;
  }
  

  

3.2 putchar() 的返回值

• putchar() 的主要功能是将字符输出，但它同时返回被输出字符的 ASCII 值。
• 这一返回值并不是用于再度输出，而是为了让程序员检测输出是否成功。例如，调用 putchar('a')，除了在屏幕上输出字符 a，函数还会返回 97，以确保输出过程是成功的。

  #include <iostream>
  #include <cstdio>
  using namespace std;
  
  int main() {
      int ch = getchar();         // 读取一个字符
      int a = putchar(ch);       // 输出字符，同时返回该字符的 ASCII 值
      putchar('\n');
      cout << a << endl;          // 输出返回值（即 ASCII 值）
      return 0;
  }
  

  

💯示例代码与输出解释

以下代码展示了 getchar() 和 putchar() 的基本用法，并通过返回值验证它们的工作原理：

#include <iostream>
#include <cstdio>
using namespace std;

int main() {
    int ch = getchar();        // 读取一个字符，返回 ASCII 值
    int a = putchar(ch);       // 输出字符，返回 ASCII 值
    putchar('\n');            // 输出一个换行符
    cout << a << endl;         // 输出 putchar 的返回值
    return 0;
}

运行结果

• 输入：a
• 输出：

  a
  97
  

  • 第一行输出字符 a，这是 putchar(ch) 的行为。
  • 第二行输出 97，这是 putchar() 的返回值（ASCII 码）。

💯进一步的代码示例与详细分析

5.1 示例代码 1：getchar() 和换行符的影响

#include <iostream>
#include <cstdio>
using namespace std;

int main() {
    int ch = getchar();         // 第一次调用 getchar()
    cout << ch << endl;         // 输出 ch 的整数值（ASCII 码）
    cout << (char)ch << endl;   // 输出 ch 对应的字符
    cout << "xxxx" << endl;     // 输出 "xxxx"

    ch = getchar();             // 第二次调用 getchar()
    cout << (char)ch;           // 输出第二次读取的字符
    return 0;
}

运行结果与解释

• 输入：a + 回车键
• 输出：

  a
  97
  a
  xxxx
  
  

  • 第一次 getchar() 读取到字符 a，其 ASCII 码是 97，因此输出 97。
  • 接下来通过 (char)ch 转换后，输出字符 a。
  • 然后输出字符串 xxxx。
  • 第二次调用 getchar() 读取到回车符（即换行符 \n），直接输出了换行。
    

5.2 示例代码 2：逐个分析字符的读取与输出

以下是对每个步骤详细标注的代码示例：

#include <iostream>
#include <cstdio>
using namespace std;

int main() {
    int ch = getchar();         // 读取用户输入的字符
    cout << ch << endl;         // 输出该字符的 ASCII 值
    cout << (char)ch;   // 输出该字符本身

    ch = getchar();             // 读取换行符（因为上一次输入后的回车还在缓冲区中）
    cout << ch << endl;         // 输出换行符的 ASCII 值（10）
    cout << (char)ch;   // 输出换行符，表现为换行

    cout << "xxxx" << endl;     // 输出字符串 "xxxx"
    return 0;
}

运行结果与标注

• 输入：a + 回车键
• 输出：

  97
  a10
  
  xxxx
  

  • 第一行：输出字符 a 的 ASCII 值 97。
  • 第二行：输出字符 a 本身。
  • 第三行：读取到换行符，其 ASCII 值为 10。
  • 第四行：输出换行符，表现为换行。
  • 最后输出字符串 xxxx。

💯分析与理解

6.1 行为与返回值的区别

• 行为：getchar() 和 putchar() 的行为分别是从标准输入读取字符和向标准输出输出字符。
• 返回值：这两个函数的返回值都是字符的 ASCII 码。在 C/C++ 中，字符本质上是一个整数类型，因此返回 ASCII 值便于在逻辑处理中使用。

6.2 为什么 putchar() 返回 ASCII 码

• 在 C/C++ 的设计中，返回字符的 ASCII 码是为了便于程序员对输出进行进一步验证或处理，例如判断输出是否成功。
• 如果输出失败（如设备错误），putchar() 会返回 EOF，以便程序能够进行错误处理。此机制使得程序更具健壮性，尤其在处理底层字符设备时。

💯编译器行为与头文件包含

在之前的讨论中，我们发现即使没有显式包含 <cstdio>，某些编译器仍能使 getchar() 正常工作。这是因为现代编译器（如 GCC、Clang 等）在编译时会自动引入常用的标准头文件。尽管如此，为了确保代码的可移植性和可读性，显式包含所需的头文件仍然是一个良好的编程习惯：

#include <cstdio>
#include <iostream>

这样可以确保代码在所有平台和编译器上都能够一致地工作，避免因隐式包含导致的不可预测行为。

💯实验与优化

在我们的实验中，通过加入换行符 putchar('\n')，使输出更为整洁和易于阅读。尤其是在调试和逐步验证输出结果时，每个输出项独立占行有助于清楚地理解每个步骤的效果。

• 优化输出格式：加入 putchar('\n') 或使用 cout << endl; 可以显著提高输出结果的可读性，这对于编写和调试程序来说非常有帮助。

💯getchar() 和 putchar() 的结合使用

getchar() 和 putchar() 常结合使用，用于逐字符的输入输出操作。例如：

#include <cstdio>
int main() {
    int ch;
    while ((ch = getchar()) != EOF) { // 逐字符读取直到遇到 EOF
        putchar(ch);                 // 输出相同的字符
    }
    return 0;
}

功能：这个程序从输入中逐字符读取，直到遇到 EOF（输入结束），并将每个字符原样输出。此类代码经常用于字符过滤或简单的文本处理程序。

💯小结

• 
  getchar() 和 putchar() 的核心功能：一个用于从标准输入接收字符，一个用于向标准输出输出字符。它们的简洁性使得它们特别适用于底层的字符输入输出处理。

• 返回值是 ASCII 值：这两个函数的返回值均为字符的 ASCII 值，这种设计使得它们不仅可以用于输出字符，还能在逻辑处理中使用这些返回值，以判断输入输出是否成功。

• 现代编译器特性：尽管某些编译器可以自动包含标准头文件，但为了代码规范和在不同编译器之间的移植性，显式包含头文件是最佳实践。

• 适用场景：这些函数适用于需要高效、低级别的字符输入输出操作，通常在编写如字符过滤器、命令行工具或嵌入式系统程序等对资源要求较高的应用中非常有用。