初学者常用的stdio库，原来还有这么多知识点

初学者在入门C语言时，第一个示例程序往往是向控制台打印“hello world！”字符串。在随后的学习中，也常常要使用 stdio 库的 getchar()，scanf()，sprintf() 等函数，有时会遇到一些奇怪的问题，这些奇怪的问题，其实是对 stdio 库的理解不够深入。

因此，本节将讨论C语言初学者使用 stdio 库时可能会遇到的几个问题，希望对初学者有所帮助。。

下面这段C语言代码有什么问题？

小明知道 getchar() 函数可以从标准缓冲区读取一个字符，他在做C语言练习题时，写出了一段代码，但是在编译运行时，发现自己写的代码是有问题的，经过排查，确定问题代码是下面这两段，请看：

char c;
while((c=getchar()) != EOF){
    ...
}

出了什么问题呢？其实这是小明对 getchar() 函数的功能理解不够深入导致的，查看该函数的使用说明：

可知，其实 getchar() 读取字符后，会将其转换为 int 型返回。所以首先，上述C语言代码中的变量 c 应该修改为 int 型的。EOF 是一个宏，它被定义在 stdio.h 文件里：

#ifndef EOF
# define EOF (-1)
#endif

看了我之前文章的读者应该明白，C语言程序在处理数值运算时，一般都会有个“整形提升”的过程，因此 EOF 实际上是作为区别所有其他字符的存在。很多初学者认为 EOF 是文件结束符，所有文件都是以 EOF 结尾的。其实不是的，EOF 不是文件的实际尾字符，它只是一个标志位，表示没有更多字符的信号。

所以，getchar() 函数的返回值必须是一个能够完整包含所有字符的数据类型（int 型就可以包含所有 char 型数值），以便它可以表示任意字符和 EOF 等标志位。

如果像小明那样，使用 char 型变量 c 接收 getchar() 函数的返回值，可能会出现两种问题：
* 如果在小明的C语言编译器中，char 是有符号的，并且 EOF 被定义为 -1，那么要是有字符恰好等于 0xff，getchar() 就会提早结束。
* 如果 char 是无符号的，则实际的 EOF 值会被截断，不再会被识别为 EOF，C语言程序将陷入无限死循环。

当然了，如果 char 是有符号的，并且小明接着输入的全部是 7 位以下的字符，那么他的C语言程序可能很长一段时间也无法遇到上面提到的错误。

怎样才能使用键盘输入 EOF 呢？

小明的C语言程序使用 getchar() 函数读取用户输入，并且在遇到 EOF 时跳出 while() 循环，那么怎样输入 EOF 呢？前面提到它在 stdio.h 的定义是 -1，只需要输入 -1 就可以了吗？

读者应该明白，我们不可能输入 -1 给 getchar() 函数的，因为“-1”其实是由两个字符（'-' 和 '1'）组成的，而 getchar() 一次只读取一个字符。

所以，在上述C语言程序中的 EOF 基本上与读者可能用来从键盘输入的字符无关，EOF 本质上是一个信号，它告诉C语言程序到底是什么原因导致的输入无字符可用了（例如磁盘文件结束，用户输入完成，网络流关闭，I/O错误等）。

那是不是小明的C语言程序只能死循环了呢？也不是，读者可以根据自己的文件系统，使用按键组合（一般是 ctrl+d 或者 ctrl+z）来指示文件结束，然后操作系统和 stdio 库会安排C语言程序接收 EOF 值。但是，读者应该明白，按键组合输入的 EOF 其实只是一种约定，正常情况下，我们不应该是显式的检查按键组合的值（你也找不到，蛤蛤）。

下面这个 scanf() 代码为什么不能正常工作呢？

小明在他的C语言代码中需要用户输入一个浮点数，因此他写下了如下代码，可是为什么不能正常工作呢？

#include <stdio.h>

int main()
{
    double d;

    scanf("%f", &d);
    printf("%f\n", d);

    return 0;
}

编译并执行这段C语言代码，得到如下输出，输入的是 4.32，输出怎么编程 0.0 了呢？

# gcc t.c
# ./a.out 
4.32
0.000000

不像 printf() 函数可以自动提升数据类型（将 float 提升为 double），scanf() 函数对格式符的要求更加严格：%f 只能够使用 float 变量接收！如果希望使用 double 变量接收 scanf() 传递的值，就应该使用 %lf 格式符了，因此，上述C语言代码修改为：

...
scanf("%lf", &d);
...

小明的C语言程序就能正常工作了。类似的问题可能初学者还会遇到，例如定义了 short int s; 再调用 scanf("%d", &s); 也不会得到预期结果，原因和小明的问题是一致的，留给读者自己思考了。

sprintf()函数可以方便的组合数字和字符，但是如何判断需要事先分配多少内存空间呢？

在C语言程序开发中，处理字符串与数字的组合时，使用 sprintf() 函数是非常方便的。但是，有时候我们并不能事先确定最终得到的字符串长度，那么该如何分配内存供 sprintf() 函数使用，以避免内存溢出呢？

如果需求相对简单，我们有时可以直接指定一个“足够大”的内存空间供 sprintf() 函数使用。在某个函数中， sprintf() 仅供开发者自己使用，并且最终字符串长度不会超过 80，那么为了方便，完全可以指定一个固定长度的数组，相关C语言代码如下，请看：

char buf[128];
sprintf(buf, "answer is \"%s\"", answer);

当然了，这么做并不是一直安全的，如果C语言程序某次得出的 answer 长度超过 128，那么程序就很可能崩溃了。更安全的做法是使用动态内存分配：

int bufsize = sizeof("answer is \"%s\"") + strlen(answer);
char *buf = malloc(bufsize);
if(buf != NULL)
    sprintf(buf, "answer is \"%s\"", answer);

可见，安全的代价是让C语言代码变得复杂，开销增大。当使用 sprintf() 处理数字时，为了方便，可以保守估计出所需内存，参考C语言代码如下，请看：

#include <limits.h>
char buf[(sizeof(int) * CHAR_BIT + 2) / 3 + 1 + 1];
sprintf(buf, "%d", n);

这段C语言代码可以计算出 int 型数组占用内存的字节数。sizeof(int)*CHAR_BIT表示 int 型的位数，+2是为了处理其除以 3 被截断的部分，+1+1 则是为数字前面的负号 '-'，以及字符串结束符 '\0' 预留的内存空间。

如果 sprintf() 的格式符更复杂一点，预测其将要使用的内存空间就更加复杂了，甚至不可预测。一个小技巧是先使用 fprintf() 将相同的字符串打印到临时文件中，根据 fprintf() 的返回值或文件大小判断字符串长度，再动态分配出所需内存。

在Linux中，fprintf() 可以将字符串打印到 /dev/null 中，即所谓的“黑洞”中，这样就无需创建临时文件了。

如果实在不能确定缓冲区的长度，那么为了保证缓冲区不会溢出覆盖其他内存区域，就不再建议使用 sprintf() 函数了，而是使用可以指定固定长度的 snprintf() 函数。

snprintf(buf, bufsize, "answer is \"%s\"", answer);

snprintf()函数已经在C99中正式采纳了。C99 中的 snprintf() 函数也可以获取最终的字符串长度，示例C语言代码如下，请看：

nch = snprintf(NULL, 0, fmtstring, /* other arguments */ );

这样一来，我们就可以根据返回值 nch，使用 malloc() 申请一个足够大的缓冲区，并再次调用 snprintf() 填充它。

其实，本节讨论的几个问题都是我的读者或者粉丝向我反馈的，而且这几个问题比较典型，不止一个读者有这样的疑问。不过，也可以看出，这些问题其实都是对 stdio 库的理解不够深入导致的，这对于我们的教训是，当在学习C语言程序开发的过程，发现函数没有按照预期工作时，首选的解决方案就是查看其详细的使用说明，这对于在 Linux 下学习C语言的同学来说很简单，一般只需要在终端输入 man + 函数名 即可。

限于篇幅，本节不可能对 stdio 库函数一一分析，当然了，如果读者在阅读文章或者学习C语言的过程中遇到难题，欢迎在评论区回复，或者私信我，我将尽力解答。