PAT 06-2 字符大小寫轉換：ctype.h 標準庫函數實戰應用

題目需求

• 輸入一個以 # 結束的字符串（長度 ≤ 40，非空）
• 小寫字母 → 大寫，大寫字母 → 小寫
• 其他字符保持不變
• 輸出轉換後的字符串（不含結束符 #）

樣例

輸入：Hello World! 123#
輸出：hELLO wORLD! 123

核心知識點：ctype.h 字符分類與轉換函數

關鍵規範：這些函數參數為 int，值必須是 unsigned char 範圍（0-255）或 EOF。直接傳入 char 可能導致負值未定義行為，正確用法：

char ch = ...;
if (isalpha((unsigned char)ch)) { ... }
ch = toupper((unsigned char)ch);

標準實現代碼

#include <stdio.h>
#include <ctype.h>

int main(void) {
    int ch;  // 用 int 接收 getchar 返回值，兼容 EOF

    while ((ch = getchar()) != EOF && ch != '#') {
        if (isalpha((unsigned char)ch)) {
            if (isupper((unsigned char)ch)) {
                ch = tolower((unsigned char)ch);
            } else {
                ch = toupper((unsigned char)ch);
            }
        }
        putchar(ch);
    }

    return 0;
}

關鍵細節深度解析

1. 循環條件的運算符優先級陷阱

// 錯誤寫法：>> 結合性導致邏輯錯誤
while (ch = getchar() != '#')  // 實際解析為：ch = (getchar() != '#')

// 正確寫法：顯式括號
while ((ch = getchar()) != '#')

!= 優先級高於 =，必須加括號確保先賦值再比較。

2. 為什麼不用 freopen 重定向？

題目要求交互式輸入輸出，重定向到文件會導致無法看到提示、無法手動輸入結束符 #。保持標準輸入輸出最穩妥。

3. putchar vs printf

• putchar(ch)：單字符輸出，無格式解析開銷，返回寫入字符或 EOF
• printf("%c", ch)：功能重疊但較重，適合格式化輸出

4. 處理非 ASCII 字符

標準 ctype.h 函數行為依賴于當前 locale（setlocale）。中文環境下對中文字符通常返回 0（非字母），保持原樣輸出，符合題意。

測試用例

常見錯誤總結

• 忘記 (unsigned char) 轉換 → 未定義行為
• 循環條件缺少括號 → 邏輯錯誤
• 用 char ch 接收 getchar() → 無法檢測 EOF（-1）
• 輸出包含 # → 未正確終止循環
• 使用自定義 ASCII 運算（ch ^ 32） → 不可移植，依賴 ASCII 編碼

熟練使用 ctype.h 是 C 語言處理文本的基本功，標準庫函數兼顧可移植性、正確性與可讀性。