stdio.h

stdio.h是 C 语言的标准 I/O 库，用于读取和写入文件，也用于控制台的输入和输出。

标准 I/O 函数

以下函数用于控制台的输入和输出。

• printf()：输出到控制台，详见《基本语法》一章。
• scanf()：从控制台读取输入，详见《I/O 函数》一章。
• getchar()：从控制台读取一个字符，详见《I/O 函数》一章。
• putchar()：向控制台写入一个字符，详见《I/O 函数》一章。
• gets()：从控制台读取整行输入（已废除），详见《I/O 函数》一章。
• puts()：向控制台写入一个字符串，详见《I/O 函数》一章。

文件操作函数

以下函数用于文件操作，详见《文件操作》一章。

• fopen()：打开文件。
• fclose()：关闭文件。
• freopen()：打开一个新文件，关联一个已经打开的文件指针。
• fprintf()：输出到文件。
• fscanf()：从文件读取数据。
• getc()：从文件读取一个字符。
• fgetc()：从文件读取一个字符。
• putc()：向文件写入一个字符。
• fputc()：向文件写入一个字符。
• fgets()：从文件读取整行。
• fputs()：向文件写入字符串。
• fread()：从文件读取二进制数据。
• fwrite()：向文件写入二进制数据。
• fseek()：将文件内部指针移到指定位置。
• ftell()：获取文件内部指针的当前位置。
• rewind()：将文件内部指针重置到文件开始处。
• fgetpos()：获取文件内部指针的当前位置。
• fsetpos()：设置文件内部指针的当前位置。
• feof()：判断文件内部指针是否指向文件结尾。
• ferror()：返回文件错误指示器的状态。
• clearerr()：重置文件错误指示器。
• remove()：删除文件。
• rename()：文件改名，以及移动文件。

字符串操作函数

以下函数用于操作字符串，详见《字符串操作》一章。

• sscanf()：从字符串读取数据，详见《I/O 函数》一章。
• sprintf()：输出到字符串。
• snprintf()：输出到字符串的更安全版本，指定了输出字符串的数量。

tmpfile()

tmpfile()函数创建一个临时文件，该文件只在程序运行期间存在，除非手动关闭它。它的原型如下。

FILE* tmpfile(void);

tmpfile()返回一个文件指针，可以用于访问该函数创建的临时文件。如果创建失败，返回一个空指针 NULL。

FILE* tempptr;
tempptr = tmpfile();

调用close()方法关闭临时文件后，该文件将被自动删除。

tmpfile()有两个缺点。一是无法知道临时文件的文件名，二是无法让该文件成为永久文件。

tmpnam()

tmpname()函数为临时文件生成一个名字，确保不会与其他文件重名。它的原型如下。

char* tmpname(char* s);

它的参数是一个字符串变量，tmpnam()会把临时文件的文件名复制到这个变量里面，并返回指向该字符串变量的指针。如果生成文件名失败，tmpnam()返回空指针 NULL。

char filename[L_tmpnam];

if (tmpnam(filename) != NULL)
  // 输出诸如 /tmp/filew9PMuZ 的文件名
  printf("%s\n", filename);
else
  printf("Something wrong!\n");

上面示例中，L_tmpnam是stdio.h定义的一个宏，指定了临时文件的文件名长度。

tmpname()的参数也可以是一个空指针 NULL，同样返回指向文件名字符串的指针。

char* filename;
filename = tmpnam(NULL);

上面示例中，变量filename就是tmpnam()生成的文件名。

该函数只是生成一个文件名，稍后可以使用fopen()打开该文件并使用它。

fflush()

fflush()用于清空缓存区。它接受一个文件指针作为参数，将缓存区内容写入该文件。

fflush(fp);

如果不需要保存缓存区内容，则可以传入空指针 NULL。

fflush(NULL);

如果清空成功，fflush()返回0，否则返回 EOF。

注意，fflush()一般只用来清空输出缓存区（比如写文件）。如果使用它来清空输入缓存区（比如读文件），属于未定义行为。

fflush()的一个用途是不等回车键，就强迫输出缓存区。大多数系统都是行缓存，这意味着只有遇到回车键（或者缓存区满了，或者文件读到结尾），缓存区的内容才会输出，fflush()可以不等回车键，立即输出。

for (int i = 9; i >= 0; i--) {
  printf("\r%d", i);
  fflush(stdout);
  sleep(1);
}

上面示例是一个倒计时效果，\r是回车键，表示每轮循环都会回到当前行的行首，等于删除上一轮循环的输出。fflush(stdout)表示立即将缓存输出到显示器，这一行是必需的，否则由于上一行的输出没有回车键，不会触发缓存输出，屏幕上不会显示任何内容，只会等到程序运行结束再一次性输出。

setvbuf()

setvbuf()函数用于定义某个字节流应该如何缓存。它可以接受四个参数。

int setvbuf(FILE* stream, char* buffer, int mode, size_t size)

第一个参数stream是文件流。

第二个参数buffer是缓存区的地址。

第三个参数mode指定缓存的行为模式，它是下面三个宏之一，这些宏都定义在stdio.h。

• _IOFBF：满缓存。当缓存为空时，才从流读入数据；当缓存满了，才向流写入数据。一般情况下，这是默认设置。
• _IOLBF：行缓存。每次从流读入一行数据，或向流写入一行数据，即以行为单位读写缓存。
• _IONBF：无缓存。不使用缓存区，直接读写设备。

第四个参数size指定缓存区的大小。较大的缓存区提供更好的性能，而较小的缓存区可以节省空间。stdio.h提供了一个宏BUFSIZ，表示系统默认的缓存区大小。

它的意义在于，使得用户可以在打开一个文件之前，定义自己的文件缓冲区，而不必使用fopen()函数打开文件时设定的默认缓冲区。

char buffer[N];

setvbuf(stream, buffer, _IOFBF, N);

上面示例设置文件流stream的缓存区从地址buffer开始，大小为N，模式为_IOFBF。

setvbuf()的第二个参数可以为空指针 NULL。这样的话，setvbuf()会自己创建一个缓存区。

注意，setvbuf()的调用必须在对文件流执行任何操作之前。

如果调用成功，setvbuf()的返回值为0，否则返回非零值。

下面的例子是将缓存区调整为行缓存。

FILE *fp;
char lineBuf[1024];

fp = fopen("somefile.txt", "r");
setvbuf(fp, lineBuf, _IOLBF, 1024);

setbuf()

setbuf()是setvbuf()的早期版本，可以视为后者的简化版本，也用来定义某个字节流的缓存区。

void setbuf(FILE* stream, char* buffer);

它的第一个参数stream是文件流，第二个参数buffer是缓存区的地址。

它总是可以改写成setvbuf()。

char buffer[BUFSIZ];

setbuf(stream, buffer);

// 等同于
setvbuf(stream, buffer, _IOFBF, BUFSIZ);

上面示例中，BUFSIZ是stdio.h定义的宏，表示系统默认的缓存区大小。

setbuf()函数没有返回值。

setbuf()的第二个参数如果设置为 NULL，表示不进行缓存。

setbuf(stdout, NULL);

// 等同于
setvbuf(stdout, NULL, _IONBF, 0);

ungetc()

ungetc()将从缓存里面读取的上一个字符，重新放回缓存，下一个读取缓存的操作会从这个字符开始。有些操作需要了解下一个字符是什么，再决定应该怎么处理，这时这个函数就很有用。

它的原型如下。

int ungetc(int c, FILE *stream);

它的第一个参数是一个字符变量，第二个参数是一个打开的文件流。它的返回值是放回缓存的那个字符，操作失败时，返回 EOF。

int ch = fgetc(fp);

if (isdigit(ch)) {
  ch = fgetc(fp);
}

ungetc(ch, fp);

上面示例中，如果读取的字符不是数字，就将其放回缓存。

perror()

perror()用于在 stderr 的错误信息之前，添加一个自定义字符串。

void perror(const char *s);

该函数的参数就是在报错信息前添加的字符串。它没有返回值。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>
#include <errno.h>

int main(void) {
  int x = -1;

  errno = 0;
  float y = sqrt(x);
  if (errno != 0) {
    perror("sqrt error");
    exit(EXIT_FAILURE);
  }
}

上面示例中，求-1的平方根，导致报错。头文件errno.h提供宏errno，只要上一步操作出错，这个宏就会设置成非零值。perror()用来在报错信息前，加上sqrt error的自定义字符串。

执行上面的程序，就会得到下面的报错信息。

$ gcc test.c -lm
$ ./a.out
sqrt error: Numerical argument out of domain

可变参数操作函数

（1）输出函数

下面是printf()的变体函数，用于按照给定格式，输出函数的可变参数列表（va_list）。

• vprintf()：按照给定格式，输出到控制台，默认是显示器。
• vfprintf()：按照给定格式，输出到文件。
• vsprintf()：按照给定格式，输出到字符串。
• vsnprintf()：按照给定格式，输出到字符串的安全版本。

它们的原型如下，基本与对应的printf()系列函数一致，除了最后一个参数是可变参数对象。

#include <stdio.h>
#include <stdarg.h>
    
int vprintf(
  const char * restrict format,
  va_list arg
);

int vfprintf(
  FILE * restrict stream,
  const char * restrict format,
  va_list arg
);
    
int vsprintf(
  char * restrict s,
  const char * restrict format,
  va_list arg
);
    
int vsnprintf(
  char * restrict s,
  size_t n,
  const char * restrict format,
  va_list arg
);

它们的返回值都为输出的字符数，如果出错，返回负值。

vsprintf()和vsnprintf()的第一个参数可以为 NULL，用来查看多少个字符会被写入。

下面是一个例子。

int logger(char *format, ...) {
  va_list va;
  va_start(va, format);
  int result = vprintf(format, va);
  va_end(va);

  printf("\n");

  return result;
}

// 输出 x = 12 and y = 3.20
logger("x = %d and y = %.2f", x, y);

（2）输入函数

下面是scanf()的变体函数，用于按照给定格式，输入可变参数列表 (va_list)。

• vscanf()：按照给定格式，从控制台读取（默认为键盘）。
• vfscanf()：按照给定格式，从文件读取。
• vsscanf()：按照给定格式，从字符串读取。

它们的原型如下，跟对应的scanf()函数基本一致，除了最后一个参数是可变参数对象。

#include <stdio.h>
#include <stdarg.h>
    
int vscanf(
  const char * restrict format,
  va_list arg
);
    
int vfscanf(
  FILE * restrict stream,
  const char * restrict format,
  va_list arg
);
    
int vsscanf(
  const char * restrict s,
  const char * restrict format,
  va_list arg
);

它们返回成功读取的项数，遇到文件结尾或错误，则返回 EOF。

下面是一个例子。

int error_check_scanf(int expected_count, char *format, ...) {
  va_list va;

  va_start(va, format);
  int count = vscanf(format, va);
  va_end(va);

  assert(count == expected_count);

  return count;
}

error_check_scanf(3, "%d, %d/%f", &a, &b, &c);