深入理解 C 语言中的 scanf、printf

欢迎来到我的：世界

希望作者的文章对你有所帮助，有不足的地方还请指正，大家一起学习交流 !

前言

在 C 语言编程中，输入输出（I/O）操作是基础且重要的部分。scanf、printf、fscanf、fprintf、sscanf 和 sprintf 是 C 语言中用于输入输出的六个核心函数。它们之间既有联系也有区别，理解它们之间的关系对于编写高效的 C 程序至关重要。本文将先详细介绍scanf和printf函数及其相互关系。

内容

scanf-格式化输入函数

scanf 是一个标准库函数，用于从标准输入（通常是键盘）读取格式化输入。
scanf函数功能是从stdin读取数据，并根据参数格式将其存储到附加参数所指向的位置。
它的原型如下：

int scanf ( const char * format, ... );
参数解释：
format：这是一个字符串参数，它指定了输入数据的格式。format 字符串可以包含以下几种元素：

• 普通字符：在 scanf 函数执行时，输入中必须包含与这些普通字符相同的字符，否则匹配失败。例如，scanf(“%d,%d”, &a, &b); 要求用户输入的两个整数之间用逗号分隔。
• 空白字符：包括空格、制表符和换行符。scanf 函数会忽略输入中的一个或多个连续的空白字符。例如，scanf(“%d %d”, &a, &b); 可以接受用户输入的两个整数之间用一个或多个空格、制表符或换行符分隔。
• 格式说明符：用于指定输入数据的类型，常见的格式说明符如下：
  %d：用于读取十进制整数。
  %f：用于读取单精度浮点数。
  %lf：用于读取双精度浮点数。
  %c：用于读取单个字符。
  %s：用于读取字符串，遇到空白字符（空格、制表符、换行符）停止。
  %x 或 %X：用于读取十六进制整数。
  %o：用于读取八进制整数。

...：这是可变参数列表，它是一系列指针，指向用于存储输入数据的变量。这些指针的类型必须与 format 字符串中的格式说明符相匹配。
返回值 :scanf 函数返回成功匹配并赋值的输入项的数量。如果发生读取错误或到达文件末尾，返回 EOF。
注意：在 C 语言里，EOF 是一个预定义的常量，它代表 “End Of File”（文件结束），
EOF 在 <stdio.h> 头文件中被定义，其值通常是 -1。在代码里可直接使用，而无需额外定义。

scanf的格式说明符原型为%[*][width][length]specifier，各部分用法如下：

• specifier（说明符）：决定提取字符类型、解释方式及对应参数类型。
  比如 i用于整数（可包含正负号，默认十进制，0前缀为八进制，0x前缀为十六进制）；
  d或u用于十进制整数（d有符号，u无符号）；
  o用于八进制整数（无符号）；
  x用于十六进制整数（无符号）；
  f、e、g用于浮点数 ；
  c用于字符；
  s用于字符串（遇空格停止）；
  p用于指针地址；
  n用于记录已读取字符数；
  %用于匹配单个%字符
  注意：除n外，每个说明符至少要消耗一个输入字符，否则匹配失败。

*（可选）：抑制赋值，读取数据但不存储。
width（可选）：指定读取的最大字符数。
length（可选）：指定数据大小，如h表示短整型，l表示长整型等。

举例说明：

int int_num;
printf("请输入一个整数（支持十进制、八进制0开头、十六进制0x开头）：");
scanf("%i", &int_num);
printf("读取的整数是：%d\n", int_num);

输入：122 输出：122
输入：0122 输出：82
输入：0x122输出：290

// 读取十进制整数（d或u说明符示例）
int decimal_signed;
unsigned int decimal_unsigned;
printf("请输入一个有符号十进制整数和一个无符号十进制整数，用空格隔开：");
scanf("%d %u", &decimal_signed, &decimal_unsigned);
printf("有符号十进制整数：%d，无符号十进制整数：%u\n", decimal_signed, decimal_unsigned);

输入：-10 -10 输出：-10 4294967286

// 读取字符串（s说明符示例）
char str[50];
printf("请输入一个字符串：");
scanf("%s", str);
printf("读取的字符串是：%s\n", str);

输入：hello 输出：hello
输入：hello world 输出：hello

这时你会发现，怎么输出的结果和我预想的不一样？
使用·scanf("%s", str);读取字符串时，%s格式说明符会在遇到空白字符（如空格、制表符、换行符等）时停止读取。
当输入"hello world"时，scanf读到"hello"后面的空格就停止了，只将"hello"存储到了字符数组str中。
后续使用printf输出str时，自然就只输出了"hello"。
而剩下来的字符串“world”，就还会在缓冲区中，此时若再使用scanf读取一次，就可以将“world”读取出来了；如：

char str1[50];
char str2[50];
printf("请输入一个字符串：");
scanf("%s", str1);
scanf("%s", str2);
printf("读取的字符串是s1：%s\n", str1);
printf("读取的字符串是s2：%s\n", str2);

所以说我们在使用scanf函数时需要注意很多：
比如：

遇空白字符停止读取
%s格式说明符在读取字符串时，一旦碰到空白字符（像空格、制表符、换行符）就会停止。所以，scanf无法读取包含空格的完整句子。

缓冲区溢出风险
scanf函数使用%s格式说明符读取字符串时，不会对输入字符串的长度进行检查，要是输入的字符串长度超出了目标数组的容量，就会引发缓冲区溢出问题，这可能导致程序崩溃或者产生安全漏洞。

格式说明符与变量类型匹配
scanf 函数中的格式说明符必须与要存储输入数据的变量类型相匹配，否则会导致未定义行为或数据读取错误。

匹配失败和错误处理
scanf 函数在匹配失败时会停止读取输入，并返回成功匹配并赋值的输入项的数量。可以根据返回值来判断输入是否成功。

字符输入的空格处理
当使用 %c 格式说明符读取字符时，scanf 不会自动跳过空白字符（空格、制表符、换行符）。如果之前的输入操作留下了空白字符在输入缓冲区，这些空白字符可能会被 %c 读取。例如：

int main() {
	int num;
	char str[100];

	printf("请输入一个整数: ");
	scanf("%d", &num);

	char ch = 0;
	printf("请输入一个字符: ");
	scanf("%c", &ch);

	printf("你输入的整数是: %d\n", num);
	printf("你输入的字符是: %c\n", ch);
	return 0;
}

这段代码就是典型的不注意缓冲区，
当你使用 scanf("%d", &num); 读取一个整数后，按下回车键，回车键产生的换行符 \n 会留在输入缓冲区中。接着执行 scanf("%c", &ch); 时，%c 格式说明符不会自动跳过空白字符（包括换行符），所以它会直接读取留在缓冲区中的换行符并赋值给 ch，而不会等待你输入新的字符。

解决方法：
1：使用 getchar() 消耗换行符
2：在 %c 前加空格

printf-格式化输出函数

函数原型：

int printf(const char *format, ...);

printf函数功能将由format指向的C字符串写入标准输出（stdout）。如果format包含格式说明符（以%开头的子序列），则格式化format之后的其他参数并将其插入到结果字符串中，以替换它们各自的说明符。
使用通俗易懂的话就是说：它的作用是按照指定格式将数据输出到标准输出设备（通常是显示器）
注意：stdout 会将数据输出到终端（如命令行窗口），不过，在 Unix/Linux 系统中，你可以借助重定向操作符（如>）把 stdout 的输出重定向到文件或者其他程序。

参数解释：

• format：这是一个字符串，它规定了输出的格式，并且可以包含普通字符和格式说明符。
  普通字符：这些字符会原样输出。
• 格式说明符：以 % 开头，后面跟着一个或多个字符，用于指定要输出的数据的类型和格式。
• ...:这是可变参数列表，它包含了要按照 format 字符串中的格式说明符进行输出的数据。

格式说明符的原型为%[flags][width].[precision][length]specifier ，其中最后的specifier字符最为关键，决定了对应参数的类型和解释方式。

格式说明符具体类型
整数类：

浮点数类：

其他类型：

子说明符（修饰符）用法
flags（标志）：

width（宽度）：
表示最少打印的字符数。若要打印的值短于该数，结果用空格填充；若长于该数，结果不截断。
可以用*指定，此时需要在格式化字符串前额外提供一个整数参数来指定宽度。
.precision（精度）：
对于整数格式说明符（d、i、o、u、x、X ），指定最少打印的数字位数，不足则用前导 0 填充，值不会截断。
对于a、A、e、E、f、F说明符，指定小数点后的位数，默认是 6 位。
对于g、G说明符，指定最多打印的有效数字位数。
对于s说明符，指定最多打印的字符数，默认打印到字符串末尾。
同样可以用*指定，需在格式化字符串前额外提供一个整数参数来指定精度。

格式说明符示例举例说明：

int main() {
	int int_num = 123;
	unsigned int uint_num = 456;
	float float_num = 3.1415926;
	char char_num = 'A';
	char str[] = "Hello";
	int* ptr = &int_num;

	// 整数输出
	printf("有符号十进制整数: %d\n", int_num);
	printf("无符号十进制整数: %u\n", uint_num);
	printf("无符号八进制数: %o\n", uint_num);
	printf("小写十六进制整数: %x\n", uint_num);
	printf("大写十六进制整数: %X\n", uint_num);

	// 浮点数输出
	printf("小写十进制浮点数: %f\n", float_num);
	printf("大写十进制浮点数: %F\n", float_num);
	printf("小写科学计数法: %e\n", float_num);
	printf("大写科学计数法: %E\n", float_num);
	printf("最短表示形式（小写）: %g\n", float_num);
	printf("最短表示形式（大写）: %G\n", float_num);
	printf("小写十六进制浮点数: %a\n", float_num);
	printf("大写十六进制浮点数: %A\n", float_num);

	// 其他类型输出
	printf("单个字符: %c\n", char_num);
	printf("字符串: %s\n", str);
	printf("指针地址: %p\n", (void*)ptr);

	return 0;
}

对于flags示例：

#include <stdio.h>

int main() {
    int num = 123;
    float f_num = 3.14;

    // 左对齐
    printf("左对齐示例: |%-10d|\n", num);
    // 强制显示正负号
    printf("强制显示符号示例: |%+d|\n", num);
    // 正数前加空格
    printf("正数加空格示例: |% d|\n", num);
    // 特定格式输出（以十六进制为例）
    printf("特定格式示例: |%#x|\n", num);
    // 用0填充
    printf("0填充示例: |%05d|\n", num);

    // 浮点数相关
    printf("浮点数0填充示例: |%08.2f|\n", f_num);

    return 0;
}

对width（宽度）实例：

int main() {
	int num = 123;
	char str[] = "abc";

	// 指定宽度
	printf("指定宽度示例（整数）: |%5d|\n", num);
	printf("指定宽度示例（字符串）: |%10s|\n", str);

	// 使用*指定宽度
	int width = 8;
	printf("使用*指定宽度示例: |%*d|\n", width, num);

	return 0;
}

.[precision]（精度实例）：

int main() {
	int int_num = 12;
	float float_num = 3.1415926;
	char str[] = "HelloWorld";

	// 整数精度
	printf("整数精度示例: |%05d|\n", int_num);
	// 浮点数精度
	printf("浮点数精度示例: |%.2f|\n", float_num);
	// 字符串精度
	printf("字符串精度示例: |%.5s|\n", str);

	// 使用*指定精度
	int precision = 3;
	printf("使用*指定精度示例: |%.*s|\n", precision, str);

	return 0;
}

在使用printf函数时，还需注意：

格式说明符与参数的匹配
类型匹配：printf函数的格式说明符必须与对应的参数类型相匹配。如果不匹配，可能会导致未定义行为，输出结果可能是错误的，甚至可能引发程序崩溃;

缓冲区问题
缓冲区刷新：printf 函数通常会使用缓冲区来提高性能。在某些情况下，输出可能不会立即显示在屏幕上，而是先存储在缓冲区中。可以使用 fflush(stdout); 函数来强制刷新标准输出缓冲区，确保输出立即显示。例如：

性能问题
频繁调用：频繁调用 printf 函数会影响程序的性能，因为每次调用都涉及到系统调用和缓冲区管理。如果需要输出大量数据，建议先将数据存储在一个字符串中，然后一次性输出。

总结

到了最后：感谢支持

------------对过程全力以赴，对结果淡然处之