C 語言 I/O 核心機制

流的概念

• 流是對信息的抽象：輸入流 = 數據源，輸出流 = 數據目的地
• C 不區分設備類型，統一視為字節流
• 兩類流：文本流（行導向，以 '\n' 結束）與 二進制流（原始字節序列）
• UNIX 下不區分兩者

三大標準流

程序啟動自動打開，正常退出自動關閉並刷新緩衝區。

緩衝區類型與控制

控制函數：

void setbuf(FILE *fp, char *buf);           // buf=NULL 關閉緩衝
int setvbuf(FILE *fp, char *buf, int mode, size_t size);
// mode: _IOFBF(全) _IOLBF(行) _IONBF(無)

核心 I/O 函數族

字符 I/O

int getc(FILE* fp); int fgetc(FILE* fp); int getchar(void);  // 讀
int putc(int c, FILE* fp); int fputc(int c, FILE* fp); int putchar(int c);  // 寫
// getc/putc 可為宏，fgetc/fputc 為函數
// 返回 EOF(-1) 表示錯誤或文件結束，需配合 ferror/feof 區分

行 I/O

char *fgets(char *str, int n, FILE *fp);  // 讀取 n-1 字符或遇 '\n'
int fputs(const char *str, FILE *fp);     // 寫入字符串，不含 '\0'
// 建議棄用 gets()（緩衝區溢出風險）

格式化 I/O

int printf(const char *fmt, ...);
int fprintf(FILE *fp, const char *fmt, ...);
int snprintf(char *buf, size_t n, const char *fmt, ...);  // 安全版本

int scanf(const char *fmt, ...);
int fscanf(FILE *fp, const char *fmt, ...);
int sscanf(const char *buf, const char *fmt, ...);

scanf 抑制賦值用 *，掃描集用 []（如 %[^\n] 讀整行）。

輸入緩衝區清空方案對比

printf 實現原理

變參函數，通過 stdarg.h 宏 va_start/va_arg/va_end 遍歷參數列表。簡易模擬：

void simon_printf(char *fmt, ...) {
    va_list ap; va_start(ap, fmt);
    for (char *p=fmt; *p; p++) {
        if (*p != '%') { putchar(*p); continue; }
        switch(*++p) {
            case 'd': printf("%d", va_arg(ap,int)); break;
            case 'f': printf("%f", va_arg(ap,double)); break;
            case 's': for(char*s=va_arg(ap,char*);*s;s++) putchar(*s); break;
        }
    }
    va_end(ap);
}

最佳實踐建議

• 優先使用 fgets/fputs 處理行輸入輸出
• 格式化輸出用 snprintf 防止緩衝區溢出
• 清空輸入緩衝區用循環 getchar() 方案
• 檢查返回值區分 EOF 與錯誤：ferror(fp) / feof(fp)
• 關鍵數據寫入後調用 fflush(fp) 確保落盤