先從緩沖區(qū)說(shuō)起。

緩沖區(qū)是內(nèi)存中劃分出來(lái)的一部分。通常來(lái)說(shuō)，緩沖區(qū)類型有三種：

• 全緩沖

• 行緩沖

• 無(wú)緩沖

行緩沖#

在C語(yǔ)言中緩沖區(qū)這個(gè)概念的存在感還是挺強(qiáng)的，比較常用到的緩沖區(qū)類型則是行緩沖了，如標(biāo)準(zhǔn)輸入流?stdin?和標(biāo)準(zhǔn)輸出流?stdout一般（終端環(huán)境下）就是在行緩沖模式下的。

行緩沖，顧名思義，就是針對(duì)該緩沖區(qū)的I/O操作是基于行的。

• 在遇到換行符前，程序的輸入和輸出都會(huì)先被暫存到流對(duì)應(yīng)的緩沖區(qū)中

• 而在遇到換行符后（或者緩沖區(qū)滿了），程序才會(huì)進(jìn)行真正的I/O操作，將該緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)寫到對(duì)應(yīng)的流?(stream) 中以供后續(xù)讀取。

就標(biāo)準(zhǔn)輸入stdin而言，用戶的輸入首先會(huì)被存到相應(yīng)的輸入緩沖區(qū)中，每當(dāng)用戶按下回車鍵輸入一個(gè)換行符，程序才會(huì)進(jìn)行I/O操作，將緩沖區(qū)暫存的數(shù)據(jù)寫入到stdin中，以供輸入函數(shù)使用。

而對(duì)標(biāo)準(zhǔn)輸出stdout來(lái)說(shuō)，輸出內(nèi)容也首先會(huì)被暫存到相應(yīng)的輸出緩沖區(qū)中，每當(dāng)輸出數(shù)據(jù)遇到換行符時(shí)，程序才會(huì)將緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)寫入stdout，繼而打印到屏幕上。

這也是為什么在緩沖模式下，輸出的內(nèi)容不會(huì)立即打印到屏幕上：

#include <stdio.h>int main(){ // 設(shè)置緩沖模式為行緩沖，緩沖區(qū)大小為10字節(jié) setvbuf(stdout, NULL, _IOLBF, 10); fprintf(stdout, "1234567"); // 這里先向stdout對(duì)應(yīng)的緩沖區(qū)中寫入了7字節(jié) getchar(); // 這里等待用戶輸入 printf("89"); // 再向stdout對(duì)應(yīng)的緩沖區(qū)中寫入了2字節(jié) getchar(); // 接著等待用戶輸入 printf("Print!"); // 再向stdout對(duì)應(yīng)的緩沖區(qū)中寫入了6字節(jié) getchar(); // 最后再等待一次用戶輸入 return 0;}

運(yùn)行效果：

可以看到，直到執(zhí)行到第二個(gè)getchar()時(shí)，屏幕上沒(méi)有新的輸出。

而在執(zhí)行了printf("Print!")之后，輸出緩沖區(qū)被填滿了，輸出緩沖區(qū)中現(xiàn)有的10字節(jié)的數(shù)據(jù)被寫入到stdout中，繼而才在屏幕上打印出123456789P。

緩沖區(qū)內(nèi)容被讀走后，剩余的字符串rint!接著被寫入輸出緩沖區(qū)。程序運(yùn)行結(jié)束后，輸出緩沖區(qū)中的內(nèi)容會(huì)被全部打印到屏幕上，所以會(huì)在最后看到rint!。

C語(yǔ)言中常用的輸入函數(shù)#

輸入函數(shù)做的工作主要是從文件流中讀取數(shù)據(jù)，亦可將讀取到的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存到內(nèi)存中以供后續(xù)程序使用。

基于字符#

// 從給定的文件流中讀一個(gè)字符 (fgetc中的 f 的意思即"function")int fgetc( FILE *stream ); // 同fgetc，但是getc的實(shí)現(xiàn)*可能*是基于宏的int getc( FILE *stream ); // 相當(dāng)于是getc(stdin)，從標(biāo)準(zhǔn)輸入流讀取一個(gè)字符int getchar(void);// 返回獲取的字符的ASCII碼值，如果到達(dá)文件末尾就返回EOF（即返回-1）

基于行#

// 從給定的文件流中讀取(count-1)個(gè)字符或者讀取直到遇到換行符或者EOF// fgets中的f代表“file”，而s代表“string”char *fgets( char *restrict str, int count, FILE *restrict stream );// 返回指向字符串的指針或者空指針NULL

格式化輸入#

// 按照f(shuō)ormat的格式從標(biāo)準(zhǔn)輸入流stdin中讀取所需的數(shù)據(jù)并儲(chǔ)存在相應(yīng)的變量中// scanf中的f代表“format”int scanf( const char *restrict format, ... );// 按照f(shuō)ormat的格式從文件流stream中讀取所需的數(shù)據(jù)并儲(chǔ)存在相應(yīng)的變量中// fscanf中前一個(gè)f代表“file(stream)”，后一個(gè)f代表“format”int fscanf( FILE *restrict stream, const char *restrict format, ... );// 按照f(shuō)ormat的格式從字符串buffer中截取所需的數(shù)據(jù)并儲(chǔ)存在相應(yīng)的變量中// sscanf中的第一個(gè)s代表“string”，字符串int sscanf( const char *restrict buffer, const char *restrict format, ... );// 返回一個(gè)整型數(shù)值，代表成功根據(jù)格式賦值的變量數(shù)（arguments）

最常到的輸入流問(wèn)題#

先來(lái)個(gè)不會(huì)出問(wèn)題的示例：

#include <stdio.h>int main(){ char test1[200]; char test2[200]; char testChar; printf("Input a Character: \n"); testChar = getchar(); fprintf(stdout, "Input String1: \n"); scanf("%s", test1); fprintf(stdout, "Input String2: \n"); scanf("%s", test2); printf("Got String1: [ %s ]\n", test1); printf("Got String2: [ %s ]\n", test2); printf("Got Char: [ %c ]\n", testChar); return 0;}

運(yùn)行效果：

出問(wèn)題的示例：

#include <stdio.h>int main(){ char test[200]; char testChar1, testChar2, testChar3; fprintf(stdout, "Input String: \n"); scanf("%3s", test); printf("[1]Input a Character: \n"); testChar1 = getchar(); printf("[2]Input a Character: \n"); testChar2 = fgetc(stdin); printf("[3]Input a Character: \n"); testChar3 = getchar(); printf("Got String: [ %s ]\n", test); printf("Got Char1: [ %c ]\n", testChar1); printf("Got Char2: [ %c ]\n", testChar2); printf("Got Char3: [ %c ]\n", testChar3); return 0;}

運(yùn)行效果：

因?yàn)槲覍⒏袷皆O(shè)置為了%3s，所以scanf最多接收包含三個(gè)字符的字符串。

在這個(gè)示例中，我按要求輸入了一條字符串Hello，并按下回車輸入一個(gè)換行符，緩沖區(qū)數(shù)據(jù)Hello\n被寫入到了stdin中。而scanf只從標(biāo)準(zhǔn)流stdin中讀走了Hel這一部分字符串。

此時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)流stdin中實(shí)際上還剩3個(gè)字符：

1. l

2. o

3. \n?(回車輸入的換行符)

于是接下來(lái)三次針對(duì)字符的輸入函數(shù)只會(huì)分別從stdin中取走這三個(gè)字符，而不會(huì)等待用戶輸入，這就沒(méi)有達(dá)到我想要的效果。

在基本的命令行程序中很容易遇到這類問(wèn)題，這也是為什么需要及時(shí)清空輸入流stdin中的數(shù)據(jù)。

如何處理殘余內(nèi)容#

?? 以下內(nèi)容假設(shè)stdout和stdin兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)流都是在行緩沖模式下的。

標(biāo)準(zhǔn)輸出流stdout#

雖然本文主要是寫輸入流，但這里我還是掠過(guò)一下標(biāo)準(zhǔn)輸出流stdout。C語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中提供了一個(gè)用于刷新輸出流緩沖區(qū)的函數(shù)：

int fflush( FILE *stream );// 如果成功了，返回0，否則返回EOF(-1)

要清空標(biāo)準(zhǔn)輸出流對(duì)應(yīng)的緩沖區(qū)，只需要使用fflush(stdout)即可。上面的這個(gè)例子可以修改成這樣：

#include <stdio.h>int main(){ // 設(shè)置緩沖模式為行緩沖，緩沖區(qū)大小為10字節(jié) setvbuf(stdout, NULL, _IOLBF, 10); fprintf(stdout, "1234567"); // 這里先向stdout對(duì)應(yīng)的緩沖區(qū)中寫入了7字節(jié) fflush(stdout); // 刷新緩沖區(qū)，將緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)寫入到標(biāo)準(zhǔn)輸出流中 getchar(); // 這里等待用戶輸入 printf("89"); // 再向stdout對(duì)應(yīng)的緩沖區(qū)中寫入了2字節(jié) fflush(stdout); getchar(); // 接著等待用戶輸入 printf("Print!"); // 再向stdout對(duì)應(yīng)的緩沖區(qū)中寫入了6字節(jié) getchar(); // 最后再等待一次用戶輸入 return 0;}

運(yùn)行效果：

可以看到，加入fflush(stdout)后，輸出緩沖區(qū)的內(nèi)容會(huì)被及時(shí)寫入stdout中，繼而打印到屏幕上。

值得注意的是，fflush(stdin)的行為是未定義（不確定）的：

For input streams (and for update streams on which the last operation was input), the behavior is undefined.

不同平臺(tái)的編譯器對(duì)此有不同的解釋。

• 比如在Windows平臺(tái)上，無(wú)論是VC6.0這種目前一些學(xué)校教學(xué)還在使用的古董編譯器，還是gcc 8.x.x，大體還是支持通過(guò)這種操作清空輸入流的。

• 但是在Linux平臺(tái)上的gcc編譯器就不買賬了，是不支持fflush(stdin)這種操作的。

因此，盡量避免fflush(stdin)這種寫法，這十分不利于代碼的可移植性。

標(biāo)準(zhǔn)輸入流stdin#

上面提到因?yàn)榭梢浦残砸苊?code>fflush(stdin)這種寫法，接下來(lái)記錄一下可移植性高的寫法。

接受格式化輸入時(shí)去除多余空白符#

這一種其實(shí)用的比較少，但我覺(jué)得還是得記一下。

whitespace characters: any single whitespace character in the format string consumes all available consecutive whitespace characters from the input. Note that there is no difference between "\n", " ", "\t\t", or other whitespace in the format string.

上面這段解釋來(lái)自于cppreference，也就是說(shuō)，格式化字符串中的空白符（如"\n",?" ",?"\t\t"）會(huì)吸收輸入字符串中的一段連續(xù)的空白符。

也就是說(shuō)，下面這句格式化輸入函數(shù)：

scanf(" %c %c",&recvChar1,&recvChar2);

可以從stdin中讀取形如\n a b，\t a b這樣的數(shù)據(jù)。其中a之前的空白符和a與b之間的空白符都會(huì)被吸收，scanf得以能準(zhǔn)確獲取字符a和b。

依靠這個(gè)特性，我們可以在接收輸入時(shí)自動(dòng)剔除stdin中殘留的空白符：

// 因?yàn)楦袷?s不會(huì)匹配多余的空白符，這里按回車后，stdin中會(huì)殘留一個(gè)換行符\nscanf("%s",recvStr);// 在格式%c前加一個(gè)空格，可以吸收掉上面殘留的換行符\n，程序便能如預(yù)期接受用戶輸入scanf(" %c",&recvChar);

然而，這一種方法僅只能剔除多余的空白符。

使用中括號(hào)字符集#

這個(gè)解決方法可以和上面剔除空白符的方法進(jìn)行結(jié)合。

格式化輸入有一個(gè)說(shuō)明符?%[set]，它的功能和正則表達(dá)式中的中括號(hào)[ ]十分類似：

• 其中set代表一個(gè)用于匹配的字符集，一般情況下匹配的是存在字符集中的字符

• 字符集的第一個(gè)字符如果是^，則表示取反，匹配的是不存在于該字符集中的字符

• 可以在中括號(hào)中使用短橫線?-?來(lái)表達(dá)一個(gè)范圍，比如%[0-9]代表匹配0-9之間的字符。值得注意的是，對(duì)于短橫線-，可能在不同編譯器之間有不同實(shí)現(xiàn)，它是implementation-defined的。

另還有一個(gè)說(shuō)明符?*?，它被稱為賦值抑制或賦值屏蔽符。如字面意思，在%引導(dǎo)的格式轉(zhuǎn)換字串中如果包含*，這個(gè)格式匹配的內(nèi)容不會(huì)被賦給任何變量。

于是，可以給出如下的語(yǔ)句：

// 星號(hào) * 代表不會(huì)把匹配到的內(nèi)容賦給變量，相當(dāng)于“吸收”掉了// [^\n] 代表除了換行符外一律匹配scanf("%*[^\n]");

因?yàn)橛脩艚Y(jié)束一次輸入的標(biāo)志通常是按回車輸入一個(gè)換行符，殘留的內(nèi)容往往末尾是一個(gè)換行符。上面這句的原理就是吸收掉stdin中所有的殘余字符，直至達(dá)到最后一個(gè)字符，也就是換行符。

然而，換行符不會(huì)被上面這句所吸收，所以在接下來(lái)的輸入中只需要忽略stdin中的殘余空白符即可（換行符就是空白符之一）：

scanf("%*[^\n]");scanf(" %c",&recvChar);

這種方法已經(jīng)可以解決一般情況下的輸入殘余問(wèn)題，不過(guò)在后續(xù)接受格式化輸入時(shí)還得忽略換行符\n，還是有點(diǎn)麻煩。

循環(huán)取走殘余字符#

這一種方法能在清除殘余時(shí)順便吸收掉末尾的換行符\n。

取字符需要用到取單個(gè)字符的輸入函數(shù)，這里為了方便，選用的是getchar()。

一般情況下可以這樣寫：

// getchar() 會(huì)從 stdin 中取走一個(gè)字符while(getchar() != '\n') ;

（使用前提：stdin中有殘余）

while循環(huán)會(huì)一直進(jìn)行，直至getchar()取到的字符為換行符\n為止，這樣就可以順帶吸收掉末尾的換行符了，能相對(duì)完美地清除掉stdin中的殘余內(nèi)容。
（在行緩沖模式下，用戶的一次輸入通常以一個(gè)換行符結(jié)束）

不過(guò)咧，還可以考慮更周全點(diǎn)。在getchar()獲取字符失敗的時(shí)候會(huì)返回EOF，但此時(shí)并不滿足while循環(huán)的退出條件，對(duì)此可以再完善一下：

// 臨時(shí)儲(chǔ)存字符// 之所以是整型(int)，是因?yàn)镋OF是一個(gè)代表 負(fù)值整型（通常為-1） 的宏int tempChar;// tempChar=getchar()這種賦值語(yǔ)句本身的返回值就是所賦的值while ((tempChar = getchar()) != '\n' && tempChar != EOF) ;

這樣一來(lái)，當(dāng)getchar()失敗時(shí)，程序執(zhí)行就會(huì)跳出循環(huán)。

綜上，針對(duì)stdin中的殘余內(nèi)容的清除，最建議采用的便是最后這種處理方法。

不過(guò)其他的方法也是可以在一些場(chǎng)景中使用的，這就見(jiàn)仁見(jiàn)智了...

什么時(shí)候會(huì)返回EOF#

這里提一個(gè)題外的點(diǎn)：什么時(shí)候getchar()會(huì)返回EOF？再進(jìn)一步想，什么時(shí)候程序會(huì)認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)流stdin達(dá)到了文件流末尾？

實(shí)際上，這里的EOF往往是用戶輸入的一個(gè)特殊二進(jìn)制值[3]，輸入方式：

• 在Windows系統(tǒng)下是?Ctrl +?Z（F6應(yīng)該也行）

• 在Linux下是?Ctrl +?D

當(dāng)用戶在輸入中發(fā)送EOF時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)流stdin就會(huì)被標(biāo)記為EOF，因此getchar()就會(huì)獲取字符失敗而返回EOF。

// 測(cè)試用代碼#include <stdio.h>int main(){ char testChar; fprintf(stdout, "Input Char: \n"); testChar = getchar(); if (testChar == EOF) { printf("Received EOF\n"); } else { printf("Received a char\n"); } return 0;}

EOF在C語(yǔ)言中是一個(gè)宏，定義在頭文件stdio.h中，其值為一個(gè)負(fù)值的整型（并不一定是?-1），因此上面用tempChar != EOF來(lái)判斷getchar()失敗。

處理殘余的語(yǔ)句放在哪里#

現(xiàn)在咱已經(jīng)搞清楚了清除殘余的代碼，那么這些代碼該放在哪呢？

對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)輸出流stdout來(lái)說(shuō)，fflush語(yǔ)句往往放在輸出函數(shù)執(zhí)行完成之后，以立刻將輸出內(nèi)容打印到屏幕上：

printf("Hello ");printf("World!\n");fflush(stdout);

當(dāng)然，如果嫌麻煩可以在輸出前直接通過(guò)setbuf關(guān)閉stdout的緩沖：

setbuf(stdout, NULL);

對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)輸入流stdin來(lái)說(shuō)，處理殘余的語(yǔ)句往往放在每次輸入函數(shù)執(zhí)行之后，以及時(shí)清理流中殘余內(nèi)容：

int c;char testChar1, testChar2;scanf("%*s"); // * 用于屏蔽賦值while ((c = getchar()) != '\n' && c != EOF) ;testChar1 = getchar();while ((c = getchar()) != '\n' && c != EOF) ;scanf("%c", &testChar2);

當(dāng)然，這樣就顯得有點(diǎn)冗余了。

實(shí)際上可以將清除的語(yǔ)句封裝進(jìn)函數(shù)或者定義為宏（不過(guò)確實(shí)不太建議定義為宏），這樣也更便于維護(hù)。

總結(jié)#

之前瀏覽了很多相關(guān)文章，標(biāo)題和內(nèi)容大多都寫著“清空輸入緩沖區(qū)”?，F(xiàn)在想一下，這樣寫可能是不對(duì)的，因?yàn)閷?shí)際我清空的是標(biāo)準(zhǔn)輸入流stdin中的殘留內(nèi)容。在用戶輸入完成（輸入換行符）的那一刻，輸入緩沖區(qū)實(shí)際上就已經(jīng)被清空了。

也就是說(shuō)，標(biāo)準(zhǔn)流和對(duì)應(yīng)的緩沖區(qū)要辨別清楚，二者不是同一個(gè)概念（一個(gè)stream一個(gè)buffer），千萬(wàn)不能混淆了。