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標準輸入和標準輸出

在C語言里要使用標準輸入和標準輸出必須包含stdio.h頭文件，常用的標準輸出和標準輸入函數是printf和scanf，其中printf用來在標準輸出中輸出信息，而函數scanf則用來從標準輸入中讀取信息。

那么什么是標準輸入和標準輸出呢？

在Linux中進程通常會自動打開三個標準文件，即標準輸入文件（stdin）通常對應文件描述符0；

標準輸出文件（stdout）對應文件描述符1和標準錯誤輸出文件對應文件描述符2（stderr）。進程將從標準輸入文件中讀取輸入數據，將正常輸出數據輸出到標準輸出文件，而將錯誤信息送到標準錯誤文件中。02

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標準輸入函數

在stdio.h中scanf聲明如下：

/* Read formatted input from stdin. This function is a possible cancellation point and therefore not marked with __THROW. */ extern int scanf （const char *__restrict __format， 。。.） __wur;

使用Mac或Linux的同學，在終端上輸入man scanf回車即可學習scanf函數的用法。我們可以看到注釋上說明，scanf從標準輸入stdin輸入讀取數據，在glibc中stdin的定義如下：

/*stdio.c*/ FILE *stdin = （FILE *） &_IO_2_1_stdin_; /*libio.h*/ extern struct _IO_FILE_plus _IO_2_1_stdin_; /*libioP.h*/ struct _IO_FILE_plus { FILE file; const struct _IO_jump_t *vtable; };

從以上代碼我們可以知道，最終stdin是一個FILE文件流指針，我能繼續追蹤FILE類型為何物。

/* * stdio state variables. * * The following always hold： * * if （_flags&（__SLBF|__SWR）） == （__SLBF|__SWR）， * _lbfsize is -_bf._size， else _lbfsize is 0 * if _flags&__SRD， _w is 0 * if _flags&__SWR， _r is 0 * * This ensures that the getc and putc macros （or inline functions） never * try to write or read from a file that is in `read‘ or `write’ mode. * （Moreover， they can， and do， automatically switch from read mode to * write mode， and back， on “r+” and “w+” files.） * * _lbfsize is used only to make the inline line-buffered output stream * code as compact as possible. * * _ub， _up， and _ur are used when ungetc（） pushes back more characters * than fit in the current _bf， or when ungetc（） pushes back a character * that does not match the previous one in _bf. When this happens， * _ub._base becomes non-nil （i.e.， a stream has ungetc（） data iff * _ub._base！=NULL） and _up and _ur save the current values of _p and _r. * * NB： see WARNING above before changing the layout of this structure！ */ typedef struct __sFILE { unsigned char *_p; /* current position in （some） buffer */ int _r; /* read space left for getc（） */ int _w; /* write space left for putc（） */ short _flags; /* flags， below; this FILE is free if 0 */ short _file; /* fileno， if Unix descriptor， else -1 */ struct __sbuf _bf; /* the buffer （at least 1 byte， if ！NULL） */ int _lbfsize; /* 0 or -_bf._size， for inline putc */ /* operations */ void *_cookie; /* cookie passed to io functions */ int （* _Nullable _close）（void *）; int （* _Nullable _read） （void *， char *， int）; fpos_t （* _Nullable _seek） （void *， fpos_t， int）; int （* _Nullable _write）（void *， const char *， int）; /* separate buffer for long sequences of ungetc（） */ struct __sbuf _ub; /* ungetc buffer */ struct __sFILEX *_extra; /* additions to FILE to not break ABI */ int _ur; /* saved _r when _r is counting ungetc data */ /* tricks to meet minimum requirements even when malloc（） fails */ unsigned char _ubuf［3］; /* guarantee an ungetc（） buffer */ unsigned char _nbuf［1］; /* guarantee a getc（） buffer */ /* separate buffer for fgetln（） when line crosses buffer boundary */ struct __sbuf _lb; /* buffer for fgetln（） */ /* Unix stdio files get aligned to block boundaries on fseek（） */ int _blksize; /* stat.st_blksize （may be ！= _bf._size） */ fpos_t _offset; /* current lseek offset （see WARNING） */ } FILE;

看到這個結構體內部一大堆成員變量不要慌，我們重點關注里面的close、read、seek和write函數指針。我們在調用scanf函數時正是通過這幾個函數指針間接調用系統函數close、read、seek和write實現標準輸入關閉、讀取、偏移和寫功能。

int （* _Nullable _close）（void *）; int （* _Nullable _read） （void *， char *， int）; fpos_t （* _Nullable _seek） （void *， fpos_t， int）; int （* _Nullable _write）（void *， const char *， int）;

從函數聲明我們知道scanf返回一個int型返回值，在調用時scanf，返回正整數表示從標準輸入讀取到的有效數據數量，返回0表示沒有輸入或者輸入不正確，返回負數表示發生了從標準輸入讀取數據發生了錯誤。下面我們使用scanf從標準輸入讀取數據的代碼。

int num = 0; float f_num = 0; int count = scanf（“%d”， &num）; scanf（“%f”， &f_num）; scanf_s（“%d”， &num）;

在scanf中輸入數據并將數據保存在變量num和f_num中，調用scanf輸入數據必須要用%，%d表示輸入一個整數，%f表示輸入一個單精度浮點數，其他數據類型的數據參考C語言入門基礎之變量和數據類型，count保存scanf輸入數據的有效數。

看到這里可能有人會有疑問，為什么調用scanf從標準輸入信息，需要對變量取地址，為什么要設計成這樣？這里就要涉及到后面會學到的知識：指針。在C語言里函數傳參方式有2種，一種是傳值另外一種是傳指針。通過傳值方式形參拷貝實參，得到一個實參副本對實參副本進行修改不會影響實參，而傳指針方式，將會得到實參的地址，通過指針解引用可以間接修改實參的值。

那么回到scanf函數那里，我們通過對變量進行取址，scanf函數內部有一個指針，將變量地址值賦給內部指針，再將標準輸入的值賦值給實參，實參變量因此獲得標準輸入的值。

在代碼片段我們還看到scanf_s這個函數（scanf_s不是C標準庫函數），由于scanf函數并不是安全的，在有些編輯器上默認禁止使用scanf，如果使用則需要打開一個宏，而scanf_s是一些廠商提供的scanf函數安全版本，兩者使用方法一模一樣。

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標準輸出函數

在stdio.h中printf函數聲明如下：

/* Write formatted output to stdout. This function is a possible cancellation point and therefore not marked with __THROW. */ extern int printf （const char *__restrict __format， 。。.）;

看到這里是不是很熟悉？printf函數的返回值也是int型，調用printf函數將會返回輸出字符個數，出錯則返回一個負數。

同樣在Linux/Mac平臺的終端上輸入man printf函數可以查看函數的詳細使用方法（任何C標準函數都可以在Linux/Mac平臺上輸入man+函數名的方式查看函數使用方法）。下面是我們使用printf函數在標準輸出中輸出數據的代碼。

int output_count = printf（“num = %d ”， num）; printf（“output_count = %d ”， output_count）; output_count = printf（“f_num = %f ”， f_num）; printf（“output_count = %d ”， output_count）;

在代碼片段里我們看到一個 字符，在C語言里這是一個換行符。看到這里是不是又有疑問了，為什么printf函數輸出變量值時不需要對變量取地址？這就回到前面我們說過的問題了，在C語言里傳值，形參是實參的副本，形參修改了不會影響到實參。而printf函數只是在標準輸出中輸出信息，不會修改實參的值，因此使用傳值方式。

那么標準輸出是什么呢？從print函數聲明代碼注釋上看，標準輸出正是stdou，我們繼續在glibc中繼續追蹤stdout到底是什么？在stdout.c中我們看到stdout和stderr定義如下：

FILE *stdout = （FILE *） &_IO_2_1_stdout_; FILE *stderr = （FILE *） &_IO_2_1_stderr_;

我們發現stdout、stderr和stdin的定義一模一樣都是一個FILE類型指針，那么使用方式就和stdin一樣了，區別則在于stdin和文件描述符0綁定，stdout和文件描述符1綁定，stderr和文件描述符2綁定。

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結語

后面講解C語言知識時我會穿插有Linux相關知識，講解C語言不能僅僅停留在語法層面。據我的觀察，很多人學習了C語言語法后很迷茫，不知道C語言能做什么，根本原因就是你沒有了解某個平臺的系統編程API。Linux是一個開源操作系統，結合Linux學習C語言將會更加有趣，在Linux上進行C語言開發絕對是最佳選擇。

編輯：jq