C語言輸入、輸出(input/output I/O)

2022/07/07閱讀時間約 28 分鐘

前言

　　在做程式的過程中，總會遇到需要讓使用者輸入內容，加以運算操作，最後輸出結果的事情吧，那今天要來介紹輸入與輸出，希望大家喜歡。

輸出

printf

　　利用格式控制字元進行變數引用、格式化等的輸出。

printf("這裡是輸出示範 %d\n",a);
1、在括弧當中，雙引號括弧住的是你打算輸出的內容
2、"%"代表準備引用變數，下方有輸出控制字元表
3、變數必須在""外頭，並且用","做區隔
4、"\"為轉義字元，常用的有換行、換格，下方也有轉義字元表
5、後方的變數也可以是運算，如：
printf("%d",1+1);
6、printf可以使用多個變數、多個型態，如：
printf("%s %d","早安",1);
7、變數與""當中的%對應是由左而右，如：
printf("%d %d",1,2);
輸出出來的也是由左而右對應的：
1 2

計算方式

　　printf中有多個變數時，雖然就輸出的結果來看，變數的對應是由左而右，這是正確的。但其實，裡面的計算卻是從右到左，不信的話我們來看：

#include 
 
int main(void) {
　　int a = 1;
　　printf("%d,%d,%d\n",a,a+1,a=a+2);
　　printf("%d",a);
}
--------------------------------結果---------------------------------
3,4,3
3

　　很奇怪對吧，照理來說應該是1,2,3才對，而且a的值居然變成3了，怎麼會是這樣呢？我們來看一下整個流程表。

1、首先計算方式是由左至右，所以是從a=a+2開始
2、a=a+2=3 這個過程中由於是"a="，因此實際上在這邊a就已經重新賦值了所以目前來
說=3，但這個時候第三個%d對應到的是變數a喔，並不是直接把3給%d
3、a+1=4，在這邊由於並不是"a="，而是單純的計算，所以會直接把4賦值給第二個%d，
但a目前依舊是=3唷，a+1只是運算，並沒有重新賦值
4、a=3不做變動，且這時如同第2點，是將變數a給第一個%d，不是直接給值
5、稍微整理一下就會變成這樣，3,4,a
6、最後輸出的時候，最後的a就會賦值4給第一個以及第三個%d摟
7、從中我們可以學到，只要是"a="的，或是同樣直接對應到a的，會先給變數而已，等到
全部做完之後，才會把a目前的值給%d。反之沒有"a="的，則是會直接把當下計算到的值，
並給予%d

　　稍微理解流程後，我們來看看這個：

#include 
 
int main(void) {
　　int a = 1;
    printf("%d,%d,%d,%d\n",a+3,a=a+2,++a,a++);
    printf("%d",a);
}
--------------------------------結果---------------------------------
8,5,5,1
5
--------------------------------流程---------------------------------
1、首先來區分a++跟++a的差別
在賦值的情況下，也就是假設b=a++或b=++a的情況下
b=a++會先讓b得到a的值，然後a自己本身再+1
b=++a則是a自身先+1，再把a現在的值給b
所以我們可以很明顯看出，就是由左而右的概念，先遇到變數就是先給變數，先遇到
++則是先自身+1。
2、依照剛剛的道理我們來解析(a+3,a=a+2,++a,a++)
3、由右而左的順序，首先a++如剛剛所說，會直接賦值給%d，也就是把1給%d，然後a再
自身+1。此時a=1+1=2，且第四個%d為1
4、++a也如同剛剛所說，會先自身+1，然後再把a給%d。注意喔，不是給值，而是給變數
a。此時a=2+1=3，且第三個%d為a
5、a=a+2，如第一個例子所說，此時a=3+2=5，且第二個%d為a
6、a+3，也如第一個例子所說，因為只是運算，所以a依舊是5不變，而第一個%d為a+3
=8，所以第一個%d為8
7、稍微整理一下就是(8,a,a,1)，且目前a=5
8、最後把a賦值給第二、三個%d，輸出後便是8,5,5,1
9、最後我們可以得出結論：
　　a++會賦值給%d
　　++a會給%d變數a
　　a=a...會給%d變數a
　　a...會賦值給%d

格式控制字元、格式控制符(format char)

前言

　　在做輸入輸出時，一定會有些格式上的問題，比方說哪裡要換行啊，哪裡要縮排等等的，而格式控制字元就是為此存在。

輸出控制字元、輸出控制符

%h
　　上表中只要是整數相關，不論任何進位都可以在前+h，表示為short類型。

%l
　　上表中只要是整數相關，不論任何進位都可以在前+l，表示為long類型。

%ll 　　
　　上表中只要是整數相關，不論任何進位都可以在前+ll，表示為long long類型。　　　　

%L
　　上表中只要是浮點數相關，不論任何進位都可以在前+L，表示為long double類型。

#include "stdio.h"
int main(void){
　　char a = 'a';
　　printf("%%c 的結果: %c\n",a);//字元
　　char b[15] = "想睡一下:(";
　　printf("%%s 的結果: %s\n",b);//字串、字元陣列
　　int c = 10;
　　printf("%%d 的結果: %d\n",c);//整數
　　printf("%%u 的結果: %u\n",c);//無號整數
　　printf("%%o 的結果: %o\n",c);//無號8進位整數
　　printf("%%x 的結果: %x\n",c);//無號16進位整數,1~f
　　printf("%%X 的結果: %X\n",c);//無號16進位整數,1~F
　　float d = 0.01;
　　printf("%%f 的結果: %f\n",d);//浮點數
　　printf("%%e 的結果: %e\n",d);//e格式浮點數;
　　printf("%%E 的結果: %E\n",d);//E格式浮點數;
　　float e = 0.000001;
　　printf("%%F 格式: %g\n%%e 格式: %g\n",d,e);//%f與%e較短者
　　printf("%%p 的結果: %p\n",&a);//變數位址(指標)
　　printf("%% 的結果: %%");//輸出%這個字
}
--------------------------------結果---------------------------------
%c 的結果: a
%s 的結果: 想睡一下:(
%d 的結果: 10
%u 的結果: 10
%o 的結果: 12
%x 的結果: a
%X 的結果: A
%f 的結果: 0.010000
%e 的結果: 1.000000e-02
%E 的結果: 1.000000E-02
%F 格式: 0.01
%e 格式: 1e-06
%p 的結果: 000000ab543ffcf3
%% 的結果: %

轉義字元、轉義符

#include "stdio.h"
int main(void){
　　printf("\a \n");//響鈴
　　printf("\\b 的結果: 123\b \n\n");//倒退
　　printf("\\f 的結果: 12\f34 \n\n");//換頁
　　printf("\\n 的結果: 12\n\34 \n\n");//換行
　　printf("\\t 的結果: 12\t34 \n\n");//水平製表(tab鍵按一下)
　　printf("\\v 的結果: 12\v34 \n\n");//垂直製表
　　
　　printf("\\\' 的結果: \' \n\n");//輸出'
　　
　　printf("\\\" 的結果: \" \n\n");//輸出"
　　
　　printf("\\\\ 的結果: \\ \n\n");//輸出\;
}
--------------------------------結果---------------------------------
 
\b 的結果: 12 
\f 的結果: 12
34
\n 的結果: 12
\t 的結果: 12   34
\v 的結果: 12
　　　　　　　34
\' 的結果: '
\" 的結果: "
\\ 的結果: \

　　注意！有一些編輯器是無法執行某些符號，比如\a不會響、\v只會下一行像\n一樣。

格式控制字元、格式控制符

　　顧名思義，格式控制字元就是在控制變數的格式樣貌，比如常見的靠左對齊啊，或是輸出限定幾位的數字等等。接著，以下的內容皆使用 %d 作為示範。

#include "stdio.h"
int main(void){
　　int a = 10;
　　printf("-靠左對齊: %-10d\n",a);//在限定10格的輸出中靠左對齊
　　printf("+顯示正負號: %+d\n",a);//顯示正負號
　　printf(" 正數顯示空格: % 10d\n",a);//正數顯示空格，負數顯示-
　　printf("x.x規定格數: %5.2d\n",a);//規定正數與小數格數
　　//正數不夠以空格顯示，小數則是顯示更精度，但不一定是0
　　//點我參照浮點數，理解精度問題
　　printf("0用0補不足位數: %0-靠左對齊: 10        
+顯示正負號: +10
 正數顯示空格:         10
x.x規定格數:    10
0用0補不足位數: 000000001010d",a);//當不足規定位數時，以0去補
}
--------------------------------結果---------------------------------
-靠左對齊: 10        
+顯示正負號: +10
 正數顯示空格:         10
x.x規定格數:    10
0用0補不足位數: 0000000010

　　有些人可能會覺得為什麼對齊只有靠左對齊，但其實C語言默認就是靠右對齊了，至於置中則是得靠自行去計算左方的空格數。如：

#include "stdio.h"
int main(void){
　　printf("%6d\n",111111);
　　printf("%5d\n",1111);
　　printf("%4d\n",11);
}
--------------------------------結果---------------------------------
111111
 1111
  11

輸入

scanf

　　首先scanf會先去緩衝區中讀取資料，倘若沒有資料則會等待使用者輸入資料，並利用前面講過的輸出控制字元，將使用者輸入的字轉為指定的類型，找到負責接收的變數位置，賦予該值。聽不懂也沒關係，我們先來看程式碼。

#include "stdio.h"
int main(void){
　　int a;
　　scanf("%d",&a);//%d 是整數，所以後面的變數也要是整數類型喔！
　　printf("這是使用者輸入的值: %d",a);
}
--------------------------------結果---------------------------------
123//我輸入的值
這是使用者輸入的值: 123

　　在scanf當中，我們在""中間所使用的輸出控制字元來表示我們希望的變數類型。當我輸入123之後，電腦就會立刻偵測這個123並轉化為整數型態，也就是%d。接著把123這個值，給予我所指定的 a 變數。(剛剛提到的緩衝區，我們留到後面在說)

　　至於 a 前面的&符號，則是表示顯示出 a 變數在記憶體中的位置，這樣子電腦就能決定好值的類型後，直接透過 &a 從記憶體找出 a 這個變數，最後再給它123的值。

注意！

△千萬不要在scanf的""當中，亂寫一些非輸出控制字元的字。

　　比方說：scanf("這是使用者輸入的值: %d",&a)，這樣是不會讓 a 在輸出的時候，就自帶這些字的喔！反而還會讓使用者在輸入字的時候，要跟上面的一模一樣才不會出錯，這樣多此一舉不如只寫有意義的%d就好。

△區隔問題

　　倘若今天要輸入多個變數時，我們僅需要以","做為區隔即可，但在""當中的輸出控制字元，就千萬不要用","隔開唷！你可以使用空格做為美觀的區隔，但用逗號的話，只會導致使用者在輸入時也要強迫要用逗號區隔。如以下程式碼：

#include "stdio.h"
int main(void){
　　int a,b,c;
　　scanf("%d%d%d",&a,&b,&c);
　　printf("這是使用者輸入的值: %d %d %d",a,b,c);
}
--------------------------------結果---------------------------------
1 4 5
這是使用者輸入的值: 1 4 5

△使用者輸入

　　在要求需要輸入多個變數的情況下，使用者僅需要以空格或是輸入、回車鍵(enter keyboard)、水平製表、跳格鍵(tab keyboard)作為變數間的區隔即可。如：

(以上方程式碼作為例子)
--------------------------------結果---------------------------------
1 4 5
這是使用者輸入的值: 1 4 5
--------------------------------或是---------------------------------
1
4
5
這是使用者輸入的值: 1 4 5

△緩衝區問題

　　這就得更深的講到scanf的原理了，首先scanf並不是直接把我們輸入的值給予變數，而是會先去搜尋緩衝區的資料。就有點像是我們輸入字之後，它會先跑到一個叫做緩衝區的地方待著，一旦程式碼遇到scanf就會來到這個緩衝區找資料。如果緩衝區沒有資料的時候，才會等待使用者輸入新的資料。乍看之下好像沒甚麼問題，但請看看這段程式碼：

# include 
int main(void){
　　int a;
　　char b;//字元，儲存ascii小於128的字
　　printf("請輸入一個整數: ");
　　scanf("%d",&a);
　　printf("a 的值: %d\n",a);
　　printf("請輸入一個字元: ");
　　scanf("%c",&b);
　　printf("b 的值: %c",b);
}
--------------------------------結果---------------------------------
請輸入一個整數: 1
a 的值: 1
請輸入一個字元: b 的值:

　　我們可以看到a變數是正常存取以及輸出的，但b是怎樣？照理來說我應該是要可以輸入一個字元的，但這邊是直接輸入完a就結束了。其實，根據我們剛剛所講，輸入的字會先存進緩衝區，所以當我輸入1並按下enter之後，緩衝區就會有了 "1\n" 這些字。你沒看錯，因為為了表示輸出結束我必須按下enter，所以也就會連\n(換行)也一起存了進去。

　　接著，第一個scanf會以\n為間隔，將前面的字串轉為%d的整數，所以1被賦值給了a，也就是說\n被獨留下來，導致緩衝區還有資料，也因此第二個scanf才會直接把\n給了b，而不是等待使用者輸入。

　　那這個問題其實很好解決，我們只要把程式碼改成這樣：

# include 
int main(void){
　　int a;
　　char b;
　　printf("請輸入一個整數: ");
　　scanf("%d",&a);
　　printf("a 的值: %d\n",a);
　　printf("請輸入一個字元: ");
　　scanf(" %c",&b);//差別在於%c前面多了一個空格
　　printf("b 的值: %c",b);
}
--------------------------------結果---------------------------------
請輸入一個整數: 5
a 的值: 5
請輸入一個字元: 6
b 的值: 6
--------------------------------或是---------------------------------
#include 
int main(void) {
　　int a;
　　char b;
　　printf("請輸入一個整數: ",a);
　　scanf("%d",&a);
　　printf("a的值為: %d\n",a);
　　b = getchar();//先把\n拿走，因此緩衝區會清空，scanf就會等使用者輸入了
　　
　　printf("請輸入一個字元: ",a);
　　scanf("%c",&b);
　　printf("b的值為: %c\n",b);
}
--------------------------------結果---------------------------------
請輸入一個整數: 6
a的值為: 6
請輸入一個字元: 6
b的值為: 6

　　第一個的原理在於說，sanf中的空白符(空格、換格、\n的換行)會吃掉緩衝區所有的空白符，直到遇到非空白符才會停止。倘若到最後緩衝區都空了，也依舊沒有非空白符，則會等待使用者輸入。

　　以上面為例，淺談scanf及緩衝區的流程為：

1、使用者輸入6
2、電腦緩衝區取得6\n
3、scanf把6轉為%d，並賦值給a變數，緩衝區只剩\n
4、第二個scanf讀取到空格後，開始吃掉所有空白符
5、\n被吃掉，緩衝區是空的
6、因為是空的，所以等待使用者輸入字元
7、輸入6，電腦讀取6並轉為%c，賦值給變數b

　　第二個的方法則很簡單，getchar()會直接讀取緩衝區中的一個字元，倘若輸入為6 (數字6以及一個空格)，則會產生這種結果：

(以上方第二個方法的getchar為例)
--------------------------------結果---------------------------------
請輸入整數: 6 (6+1個空格)
a的值為: 6
請輸入整數: b的值為:

　　因為getchar只會讀取一個字元，導致它只取走一個空格，緩衝區仍剩下\n，致使b直接存取了\n。淺談流程如下：

1、使用者輸入6 (6+1個空格)
2、電腦緩衝區取得6 \n

3、scanf把6轉為%d，並賦值給a變數，緩衝區只剩 \n
4、getchar()讀取了1個空格，緩衝區只剩\n
5、電腦讀取\n並轉為%c，賦值給變數b

gets

　　讀取所有緩衝區的字元，直到遇到換行符號，並化為字串(包含換行符號一起帶走，但輸出不會換行)給予指定變數。過程中倘若遇到空格或是製表符號、跳格符號，也會一起化為字串，不會因此停止讀取。

#include 
int main(void) {
　　char b[50];
　　printf("請輸入整數: ",a);
　　gets(b);
　　printf("b的值為: %s\n",b);
}
--------------------------------結果---------------------------------
請輸入字串: 我好餓
b的值為: 我好餓

gets與scanf差異

△分隔符號

　　對於scanf而言，一遇到空白字符就等於一個分隔。而gets則是指遇到換行才會結束讀取，即使是空格或是換格符號，也會做為字串繼續讀取。

△開頭遇換行符號
　　倘若緩衝區目前是"\n我好餓"，一旦讀取之後，gets會直接判斷為\n而結束讀取。scanf則不一樣，倘若它存的是%s的字串，會忽略第一次\n，進而讀取後面的字串。所以在這個情況下，gets不能取得"我好餓"，而scanf可以。程式碼如下：

#include 
 
int main(void) {
    int a;
    char b[100];
    printf("請輸入一個整數: ");
    scanf("%d", &a);//只取走1，遺留\n於緩衝區
    printf("a的值為: %d\n",a);
    printf("請輸入一串字: ");
    gets(b);//一遇到\n直接結束存取
    printf("b的值為: %s\n",b);
}
--------------------------------結果---------------------------------
請輸入一個整數: 1 (此時緩衝區為"1\n")
a的值為: 1
請輸入一串字: b的值為:
--------------------------------比較---------------------------------
#include 
 
int main(void) {
    int a;
    char b[100];
    printf("請輸入一個整數: ");
    scanf("%d", &a);//只取走1，遺留\n於緩衝區
    printf("a的值為: %d\n",a);
    printf("請輸入一串字: ");
    scanf("%s", &b);//忽視掉第一個\n，則此時緩衝區為空，因此要求使用者輸入
    printf("b的值為: %s\n",b);
}
--------------------------------結果---------------------------------
請輸入一個整數: 1
a的值為: 1
請輸入一串字: 我好餓
b的值為: 我好餓 (正常輸入與輸出)

△結尾的換行符號

　　當使用者輸入了一串字"我好餓"，並按下enter後，此時進到緩衝區為"我好餓\n"。在經過讀取後，gets會連同\n一起讀取，不留下\n在緩衝區的。而scanf則只會讀取"我好餓"，遺留\n在緩衝區當中。程式碼如下：

#include 
 
int main(void) {
    char a[100];
    char b;
    printf("請輸入一串字: ");
    scanf("%s", &a);
    printf("a的值為: %s\n",a);
　　printf("請輸入一個字元: ");
    scanf("%c", &b);
    printf("b的值為: %c\n",b);
}
--------------------------------結果---------------------------------
請輸入一串字: 我好餓
a的值為: 我好餓
請輸入一個字元:
(b無法輸入是因為，緩衝區中還有一個\n，所以直接讓b存取了)
--------------------------------比較---------------------------------
#include 
 
int main(void) {
    char a[100];
    char b;
    printf("請輸入一串字: ");
    gets(a);//這邊改成gets()之後，\n就不會遺留緩衝區，因此緩衝區為空
    printf("a的值為: %s\n",a);
　　printf("請輸入一個字元: ");
    scanf("%c", &b);//因為緩衝區為空，導致scanf要求使用者輸入
    printf("b的值為: %c\n",b);
}
--------------------------------結果---------------------------------
請輸入一串字: 我好累:(
a的值為: 我好累:(
請輸入一個字元: 1
b的值為: 1