练习24:输入输出和文件
你已经学会了使用printf
来打印变量,这非常不错,但是还需要学习更多。这个练习中你会用到fscanf
和fgets
在结构体中构建关于一个人的信息。在这个关于读取输入的简介之后,你会得到C语言IO函数的完整列表。其中一些你已经见过并且使用过了,所以这个练习也是一个记忆练习。
#include <stdio.h>
#include "dbg.h"
#define MAX_DATA 100
typedef enum EyeColor {
BLUE_EYES, GREEN_EYES, BROWN_EYES,
BLACK_EYES, OTHER_EYES
} EyeColor;
const char *EYE_COLOR_NAMES[] = {
"Blue", "Green", "Brown", "Black", "Other"
};
typedef struct Person {
int age;
char first_name[MAX_DATA];
char last_name[MAX_DATA];
EyeColor eyes;
float income;
} Person;
int main(int argc, char *argv[])
{
Person you = {.age = 0};
int i = 0;
char *in = NULL;
printf("What's your First Name? ");
in = fgets(you.first_name, MAX_DATA-1, stdin);
check(in != NULL, "Failed to read first name.");
printf("What's your Last Name? ");
in = fgets(you.last_name, MAX_DATA-1, stdin);
check(in != NULL, "Failed to read last name.");
printf("How old are you? ");
int rc = fscanf(stdin, "%d", &you.age);
check(rc > 0, "You have to enter a number.");
printf("What color are your eyes:\n");
for(i = 0; i <= OTHER_EYES; i++) {
printf("%d) %s\n", i+1, EYE_COLOR_NAMES[i]);
}
printf("> ");
int eyes = -1;
rc = fscanf(stdin, "%d", &eyes);
check(rc > 0, "You have to enter a number.");
you.eyes = eyes - 1;
check(you.eyes <= OTHER_EYES && you.eyes >= 0, "Do it right, that's not an option.");
printf("How much do you make an hour? ");
rc = fscanf(stdin, "%f", &you.income);
check(rc > 0, "Enter a floating point number.");
printf("----- RESULTS -----\n");
printf("First Name: %s", you.first_name);
printf("Last Name: %s", you.last_name);
printf("Age: %d\n", you.age);
printf("Eyes: %s\n", EYE_COLOR_NAMES[you.eyes]);
printf("Income: %f\n", you.income);
return 0;
error:
return -1;
}
这个程序非常简单,并且引入了叫做fscanf
的函数,意思是“文件的格式化输入”。scanf
家族的函数是printf
的反转版本。printf
用于以某种格式打印数据,然而scanf
以某种格式读取(或者扫描)输入。
文件开头没有什么新的东西,所以下面只列出main
所做的事情:
ex24.c:24-28
创建所需的变量。
ex24.c:30-32
使用fgets
函数获取名字,它从输入读取字符串(这个例子中是stdin
),但是确保它不会造成缓冲区溢出。
ex24.c:34-36
对you.last_name
执行相同操作,同样使用了fgets
。
ex24.c:38-39
使用fscanf
来从stdin
读取整数,并且将其放到you.age
中。你可以看到,其中使用了和printf
相同格式的格式化字符串。你也应该看到传入了you.age
的地址,便于fscnaf
获得它的指针来修改它。这是一个很好的例子,解释了使用指向数据的指针作为“输出参数”。
ex24.c:41-45
打印出用于眼睛颜色的所有可选项,并且带有EyeColor
枚举所匹配的数值。
ex24.c:47-50
再次使用了fscanf
,从you.eyes
中获取数值,但是保证了输入是有效的。这非常重要,因为用户可以输入一个超出EYE_COLOR_NAMES
数组范围的值,并且会导致段错误。
ex24.c:52-53
获取you.income
的值。
ex24.c:55-61
将所有数据打印出来,便于你看到它们是否正确。要注意EYE_COLOR_NAMES
用于打印EyeColor
枚举值实际上的名字。
你会看到什么
当你运行这个程序时,你应该看到你的输入被适当地转换。你应该尝试给它非预期的输入,看看程序是怎么预防它的。
$ make ex24
cc -Wall -g -DNDEBUG ex24.c -o ex24
$ ./ex24
What's your First Name? Zed
What's your Last Name? Shaw
How old are you? 37
What color are your eyes:
1) Blue
2) Green
3) Brown
4) Black
5) Other
> 1
How much do you make an hour? 1.2345
----- RESULTS -----
First Name: Zed
Last Name: Shaw
Age: 37
Eyes: Blue
Income: 1.234500
如何使它崩溃
这个程序非常不错,但是这个练习中真正重要的部分是,scanf
如何发生错误。对于简单的数值转换没有问题,但是对于字符串会出现问题,因为scanf
在你读取之前并不知道缓冲区有多大。类似于gets
的函数(并不是fgets
,不带f
的版本)也有一个我们已经避免的问题。它并不是道输入缓冲区有多大,并且可能会使你的程序崩溃。
要演示fscanf
和字符串的这一问题,需要修改使用fgets
的那一行,使它变成fscanf(stdin, "%50s", you.first_name)
,并且尝试再次运行。你会注意到,它读取了过多的内容,并且吃掉了你的回车键。这并不是你期望它所做的,你应该使用fgets
而不是去解决古怪的scanf
问题。
接下来,将fgets
改为gets
,接着使用valgrind
来执行valgrind ./ex24 < /dev/urandom
,往你的程序中输入一些垃圾字符串。这叫做对你的程序进行“模糊测试”,它是一种不错的方法来发现输入错误。这个例子中,你需要从/dev/urandom
文件来输入一些垃圾,并且观察它如何崩溃。在一些平台上你需要执行数次,或者修改MAX_DATA
来使其变小。
gets
函数非常糟糕,以至于一些平台在程序运行时会警告你使用了gets
。你应该永远避免使用这个函数。
最后,找到you.eyes
输入的地方,并移除对其是否在正确范围内的检查。然后,为它输入一个错误的数值,比如-1或者1000。在Valgrind
执行这些操作,来观察会发生什么。
译者注:根据最新的C11标准,对于输入函数,你应该总是使用
_s
后缀的安全版本。对于向字符串的输出函数,应该总是使用C99中新增的带n
的版本,例如snprintf
。如果你的编译器支持新版本,就不应该使用旧版本的不安全函数。
IO函数
这是一个各种IO函数的简单列表。你应该查询每个函数并为其创建速记卡,包含函数名称,功能和它的任何变体。
fscanf
fgets
fopen
freopen
fdopen
fclose
fcloseall
fgetpos
fseek
ftell
rewind
fprintf
fwrite
fread
过一遍这些函数,并且记住它们的不同变体和它们的功能。例如,对于fscanf
的卡片,上面应该有scanf
、sscanf
、vscanf
,以及其它。并且在背面写下每个函数所做的事情。
最后,为了获得这些卡片所需的信息,使用man
来阅读它的帮助。例如,fscanf
帮助页由man fscanf
得到。
附加题
- 将这个程序重写为不需要
fscanf
的版本。你需要使用类似于atoi
的函数来将输入的字符串转换为数值。 - 修改这个程序,使用
scanf
来代替fscanf
,并观察有什么不同。 - 修改程序,是输入的名字不包含任何换行符和空白字符。
- 使用
scanf
编写函数,按照文件名读取文件内容,每次读取单个字符,但是不要越过(文件和缓冲区的)末尾。使这个函数接受字符串大小来更加通用,并且确保无论什么情况下字符串都以'\0'
结尾。