C语言-输入函数与缓冲区

1.引言

最近在重新学习C语言，发现有很多初学小伙伴在写scanf时一直不喜欢在每个输入间加空格，而我平时都是会加上空格的，虽然对于单次输入的程序没有问题，那么多次输入的程序还能正常运行吗？抱着刨根问底的精神，我查阅了很多资料，然后从空格到底应不应该加这个小问题说开来，尝试从底层来谈谈输入函数的机制。

2.scanf函数

在讲缓冲区之前我们先来讲讲输入函数，因为有输入，缓冲区才会有读写，所以缓冲区的使用跟输入函数的关系是非常密切的

scanf函数往往是我们学到第一个输入函数，也是用的最多函数，所以学好scanf函数是非常有必要的

scanf函数是标准I/O库中的函数，使用时要先调用<stdio.h>库函数，这里插一句，我也是重学的时候听老师讲才知道<stdio.h>的意思是standard input/output . head, 标准输入/输出库函数头文件，以前还偶尔写成studio，明白含义之后就再也不会写错了。

基本用法:

scanf("格式控制字符串",输入项地址列表);

2.1.格式控制字符串

我们先来说说格式控制字符串，其中格式控制字符串有如下几种常用输入方法:

格式说明符	格式
%d或%i	有符号十进制整型
%c	接收单个字符
%s	接收字符串（变量后面不加取址符）
%f	浮点数
%lf	长精度浮点数

这里要说明一点，%d前面是可以指定域宽的（但不能指定精度，即不能加”.”），如%5d，scanf就会只读取前五个单位长度的数据，那么后面没读取的呢？没读取的数据会被放在缓冲区内（这一点我会在后文详细解释），并不会消失。

指定域宽有什么用呢？当然有用了，这就意味这我们可以在一步的输入中，同时做到对输入数的分割

比如我们现在输入一个学号，20010203，20代表入学年号，01代表学院，02代表班级，03代表个人编号，写出输入函数表达式

```
#include <stdio.h>
```
```
#include <stdlib.h> 
```
```
 
```
```
int main()
```
```
{
```

	char year[3], academy[3], pclass[3], pernum[3];

```
	int c;
```
```
 
```

	scanf("%2s%2s%2s%2s", &year, &academy, &pclass, &pernum);

	printf("年级为%s，学院为%s，班级为%s，个人编号为%s\n", year, academy, pclass, pernum);

```
 
```
```
	c=atoi(academy);
```
```
	printf("这是数字%d", c);
```
```
 
```
```
	return 0;
```
```
}
```

因为0放在一个大于0的整数前是没有意义的，所以以整数型输入，再输出时并不会显示02前面的0，因此我们以字符串格式输入输出，后续有必要可以再调用<stdlib.h>库函数中的atoi()函数进行字符串到整数的强制转化

输入20010203运行结果如下

数据分类之后可以用来构造字典

2.2.输入数据流分隔

scanf函数会根据格式字符的含义从输入中取得数据，当输入的数据类型与格式字符要求不同时，就会认为这一个%输入存储结束，进入下一个%输入存储

```
#include <stdio.h>
```
```
 
```
```
int main()
```
```
{
```
```
	int a;
```
```
	float b;
```
```
	char c;
```
```
 
```
```
	scanf("%d%c%f", &a, &c, &b);
```
```
	printf("%d\n%c\n%.2f\n", a, c, b);
```
```
 
```
```
	return 0;
```
```
}
```

这里我们输入123×456.789，即一串整型+字符型+浮点型的数据组合

可以看到scanf是会自动结束不同类型的输入存储并开始下一段存储

2.3.输入项地址列表

然后我们来谈谈输入项地址列表，输入项地址列表，一般是取地址符号& + 变量，多个变量之间用”,”隔开，每个变量前都要加上&

取地址符&的含义取出后面变量的地址，scanf的作用就是将输入的数据，根据地址存到地址所指向的空间内，那地址有什么用呢？地址的作用就是指向变量，告诉你这个变量在哪，地址和变量是两个完全不同的东西，地址是指向变量的一系列数，变量是存放在存储空间内的数

举个栗子，假如你去故宫玩，进到故宫了（输入），你想去看看某某文物（变量），这个文物放在某一个房间（存储空间）里，但是故宫有几千间，如果一间一间找，或者随机找，那么会浪费很多时间，这时候如果你有一张地图（地址），地图上的路指向了你想要去看的某个房间的某个文物，你所要做的就是跟着地图走就能通过最短路径直接找到房间，然后进到这个房间就可以成功看到了文物了（输入的值存到存储空间，输入结束）。

其实scanf函数的工作流程也就是这样，输入->指向->存储。

2.4.注意事项

1.如果在多个输入控制符%之间加入了其他字符，在输入时就要输入相应的字符，如加入逗号

```
#include <stdio.h>
```
```
 
```
```
int main()
```
```
{
```
```
	int a, b;
```
```
 
```
```
	scanf("%d,%d", &a, &b);
```

	printf("a的值为%d\nb的值为%d", a, b);

```
 
```
```
 
```
```
	return 0;
```
```
}
```

可以看到，我们输入时没有加入逗号，b就读到了错误的值，并且，全角和半角的逗号不同也会报错，所以不建议在不必要时加入除空格外的其他字符

2.scanf 中 %d 只识别“十进制整数”。对 %d 而言，空格、回车、Tab 键都是区分数据与数据之间的分隔符。当 scanf 进入缓冲区中取数据的时候，如果 %d 遇到空格、回车、Tab 键，那么它并不取用，而是跳过继续往后取后面的数据，直到取到“十进制整数”为止。对于被跳过和取出的数据，系统会将它从缓冲区中释放掉。未被跳过或取出的数据，系统会将它一直放在缓冲区中，直到下一个 scanf 来获取。

3.gets函数

gets函数可以用来输入字符串，它能从输入流中读取字符串，直到接收到换行符停止，换行符不会最为被读取的内容，而是会被替换为”\0″空字符，来结束字符串

gets函数可以无限读取，不会判断上限是多少，所以如果输入的值大于已经分配的空间，就会造成溢出，如果溢出，多出来的字符将被写入到堆栈中，这就覆盖了堆栈原先的内容，破坏一个或多个不相关变量的值。

但和scanf函数相比，gets函数在输入时不会被空格干扰，在scanf函数中，空格被认为是分隔符，意味着字符串的结束，而在gets函数中，只会以回车作为结束的标志。

```
#include <stdio.h>
```
```
 
```
```
int main()
```
```
{
```
```
	char a[10], b[10];
```
```
 
```
```
	gets(a);
```
```
	gets(b);
```
```
	printf("a为%s\nb为%s", a, b); 
```
```
 
```
```
 
```
```
	return 0;
```
```
}
```

输入a空格b空格，c空格d空格，可以发现空格可以输入在字符串中，并且空格并没有影响后续的输入，即没有存入b中

4.缓冲区读取问题

为什么我会说gets输入函数在输入时上一个空格没有存入下一个变量中呢，其实这些输入的数据都放在缓冲区内，但由于使用的输入函数的不同，会导致特殊符号的读取影响多个变量之间的存储。我们先来说说缓冲区，再说这个问题会更好理解一些

缓冲区又叫缓存，是内存空间的一部分，即在内存空间中预留出来的一定大小的空间，可以用来缓冲输入或者输出的数据，所以叫做缓冲区

那么为什么需要缓冲呢？这是因为先把数据放在缓冲区，计算机在缓冲区读取数据，读完了再去读磁盘，可以减少磁盘I/O次数，又可以节省读取花费的时间，这就像是把零钱放在钱包里，小花销开支零钱直接在钱包操作就行，大面额操作再去银行，钱从钱包拿出来远比从银行取要快

在缓冲区中，遵循先进先出的规则，我们用输入函数输入的数据就是被存放在缓冲区的，读取的时候按输入顺序读取，当完成一个格式控制符的读取时，缓冲区剩余的数据会留给下一个格式控制符的读取

这里我们可以通过程序验证

```
#include <stdio.h>
```
```
 
```
```
int main()
```
```
{
```
```
	char c1[10], c2[10];
```
```
 
```
```
	scanf("%2s%s", c1, c2);
```
```
	printf("c1为%s\nc2为%s", c1, c2);
```
```
 
```
```
	return 0;
```
```
}
```

我们让前一个控制符只读取两个长度的字符，输入abcdef

可以看到只输入一组数据，读取一次ab后剩下的字符被第二个格式控制符读取了

举个栗子，我们把缓冲区比作一辆公交车，把一次输入的操作看作上车，把一次输出的操作（把数据从缓存区拿出来给指向的变量）看作下车，把上车的每个人看作一个长度的数据，那么先上车的人往里走，后上车的人排在先上车的人都后面，前面的人下车之后才轮到后面的下车（理想模型，排除后面的人先到站下车的可能），每一个站点都有相应的下车人数（控制格式符读取的数据长度），那么缓冲区的运作过程就像是上下车的过程一样，先进先出，有序排列。

理解了缓冲区的原理，我们再来谈谈输入函数中的空格问题

先来试试整型变量，scanf两个输入控制符号%d之间不加空格

```
#include <stdio.h>
```
```
 
```
```
int main()
```
```
{
```
```
    int c1,c2;
```
```
 
```
```
    scanf("%d%d", &c1, &c2);
```

    printf("c1为%d c2为%d\n", c1, c2);

```
 
```
```
    scanf("%d%d", &c1, &c2);
```

    printf("c1为%d c2为%d\n", c1, c2);

```
 
```
```
    return 0;
```
```
}
```

两次都输入1空格2

似乎没有问题，那我们把第二个输入函数换成字符输入%c试试

```
#include <stdio.h>
```
```
 
```
```
int main()
```
```
{
```
```
    int c1,c2;
```
```
 
```
```
    scanf("%d%d", &c1, &c2);
```

    printf("c1为%d c2为%d\n", c1, c2);

```
 
```
```
    scanf("%c%c", &c1, &c2);
```

    printf("c1为%d c2为%d\n", c1, c2);

```
 
```
```
    return 0;
```
```
}
```

这里就可以看出问题了，%d只识别十进制整数，对 %d 而言，空格、回车、Tab 键都是区分数据与数据的分隔符。当 scanf 进入缓冲区中取数据的时候，如果 %d 遇到空格、回车、Tab 键，那么它并不取用，而是跳过继续往后取后面的数据，直到取到“十进制整数”为止。对于被跳过和取出的数据，系统会将它从缓冲区中释放掉。未被跳过或取出的数据，系统会将它一直放在缓冲区中，直到下一个 scanf 来获取。

也就是说，对于只有整型的读取，空格并不会产生影响，scanf根本不会取读空格，最后留下的是回车符，回车符也不会对整型的读取产生影响，那么空格有什么用呢

我们再来看看字符型变量

```
#include <stdio.h>
```
```
 
```
```
int main()
```
```
{
```
```
    char c1,c2;
```
```
 
```
```
    scanf("%c%c", &c1, &c2);
```

    printf("c1为%d c2为%d\n", c1, c2);

```
 
```
```
    scanf("%c%c", &c1, &c2);
```

    printf("c1为%d c2为%d\n", c1, c2);

```
 
```
```
    return 0;
```
```
}
```

两次scanf中都没有空格，我们尝试输入a, b(ASCII值分别为97，98)

我们只输入了一次a，b，却有两次输出，没有进行第二次输入

仔细想想，第一次输入的时候我们按了四个键，分别是a，空格，b，回车，而空格的ASCII值为32，回车的ASCII值为10，正好对应，所以空格会被当做字符读取。如果缓冲区内已经存在了变量，那么后续的输入函数就不会执行，而直接输出

接下来我们每个输入之间加入空格

```
#include <stdio.h>
```
```
 
```
```
int main()
```
```
{
```
```
    char c1,c2;
```
```
 
```
```
    scanf("%c %c", &c1, &c2);
```

    printf("c1为%d c2为%d\n", c1, c2);

```
 
```
```
    scanf("%c %c", &c1, &c2);
```

    printf("c1为%d c2为%d\n", c1, c2);

```
 
```
```
    return 0;
```
```
}
```

尝试输入a，b

可以看到第一次的值正确了，而第二次的值还是不正确，仍然有回车遗留在缓冲区内，读取了回车才读取a的值

我们接下来尝试在第二个控制输入符和对应的b之后加空格

```
#include <stdio.h>
```
```
 
```
```
int main()
```
```
{
```
```
    char c1,c2;
```
```
 
```
```
    scanf("%c %c ", &c1, &c2);
```

    printf("c1为%d c2为%d\n", c1, c2);

```
 
```
```
    scanf("%c %c", &c1, &c2);
```

    printf("c1为%d c2为%d\n", c1, c2);

```
 
```
```
    return 0;
```
```
}
```

我们在第一次输入a，空格，b，空格，之后并没有立马打印，我们继续输入a，空格，b，结果发现两次打印一起输出，并且值是正确的

显然，这是因为我们第一次输入的回车被释放了，但连续两个回车也没有用，而是一个回车加上一个变量再加上一个回车，才会进行第一次打印，再输入一个变量，就会进行第二次打印

我们尝试把空格加在第二个输入函数的开头

```
#include <stdio.h>
```
```
 
```
```
int main()
```
```
{
```
```
    char c1,c2;
```
```
 
```
```
    scanf("%c %c", &c1, &c2);
```

    printf("c1为%d c2为%d\n", c1, c2);

```
 
```
```
    scanf(" %c %c", &c1, &c2);
```

    printf("c1为%d c2为%d\n", c1, c2);

```
 
```
```
    return 0;
```
```
}
```

可以看到，这样就能正常输出了，第二次输入时scanf第一个格式控制符前面的空格读取了一个结束字符，将前面的回车释放掉，这时缓冲区内没有其他数据，就不会影响后面的数据数据的输入读取了

所以空格可以理解为读取一个结束字符然后丢掉，对于普通字符没有影响

总结一下，空格在整型输入时无关紧要，对于字符型输入，scanf容易出错，可以采用gets函数输入，更加安全简便