字符串和格式化输入/输出

为什么 C 的输入输出这么"啰嗦"？

想象你要给一个自动化仓库发指令："把一个红色盒子放到 3 号架第 2 层"。这条指令必须精确到每个细节——什么颜色、哪个架子、哪一层，错一个仓库机器人就放不对。

在 C 语言里，输入和输出就是这样的：电脑不会"猜"你想把数据存到哪、想用什么格式显示。你必须告诉它："这个数字是整数（%d）、存在变量 n 的内存地址（&n）"。每个细节都得自己说清楚，少说一个就出问题。

如果没有这种精确控制呢？ 那 printf 输出 3.14159 时你不知道该显示 2 位还是 10 位小数，scanf 不知道把读到的 42 存到哪个变量——数据就在缓冲区里漂着，进不了你的程序，你也看不见正确的输出。这一章就教你掌握 C 输入输出的"格式标签"，把数据在程序和外部世界之间精确搬运。

C 字符串的本质——char 数组加一个看不见的尾巴

在 C 语言里没有独立的字符串类型。字符串（string） 依赖末尾的 空字符（null character） \0 判断结束。

字符串字面值（双引号包围的文本，如 "Hello"）在编译时就被处理成带有 \0 的字符数组。你写 char str[] = "Hello";，编译器自动分配 6 个字节而不是 5 个——多出来的那一个就是末尾的 \0。

strlen 对 "Hello" 返回 5，而 sizeof "Hello" 返回包含终止字符的数组大小 6。这个“差 1”只适用于数组恰好由该字符串初始化且首个空字符位于最后一格的情形；数组有额外容量、内部更早出现空字符或表达式已退化为指针时都不成立。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main(void) {
    char str[] = "Hello";
 
    printf("strlen(str) = %zu\n", strlen(str));  // 输出 5
    printf("sizeof(str) = %zu\n", sizeof(str));  // 输出 6
 
    // sizeof 算上了 C 自动给你加的那个 \0！
    return 0;
}

记住这条铁律：C 语言的字符串必须靠 \0 判断结束——没有 \0 的不是字符串，只是普通字符数组。

printf 的格式说明——百分号后面那短短几个字符的全套能力

上一章我们已经用 printf() 输出过数据，但 printf 的能力远不止 %d 和 %f。格式说明符（format specifier） 的通式是 %[标志][宽度][.精度]类型，由三个可选的控制字段和一个必选的类型字段组成。

来逐一看每个字段的作用：

• 类型（必选）： 告诉 printf 参数是什么类型——d（有符号整数）、u（无符号整数）、f（浮点数）、c（字符）、s（字符串）、x（十六进制）。
• 宽度（可选）： %10d 表示总宽度至少 10 个字符——不够的用空格填满。数字默认右对齐，加 -（%-10d）变成左对齐。
• .精度（可选）： %.2f 指浮点数保留 2 位小数；%.5s 指字符串最多打印前 5 个字符。
• 标志（可选）： - 左对齐、+ 强制显示正号、# 给八/十六进制加前缀（如 %#x → 0xff）、0 用 0 补足宽度而不是空格。

下面这段代码把上面所有玩法串在一起：

#include <stdio.h>
int main(void) {
    int  n = 42;
    double pi = 3.1415926535;
 
    printf("默认:    |%d|\n", n);      // |42|
    printf("宽度10:  |%10d|\n", n);    // |        42|  ⟵ 右对齐
    printf("左对齐:  |%-10d|\n", n);   // |42        |  ⟵ 左对齐
    printf("补零:    |%010d|\n", n);   // |0000000042|  ⟵ 左边填0
    printf("带符号:  |%+d|\n", n);     // |+42|        ⟵ 强制显示正号
    printf("十六进制:|%#x|\n", 255);   // |0xff|       ⟵ 0x前缀
    printf("浮点默认:|%f|\n", pi);     // |3.141593|   ⟵ 默认6位
    printf("精确2位: |%.2f|\n", pi);   // |3.14|       ⟵ 保留2位
    printf("宽10精2: |%10.2f|\n", pi); // |      3.14| ⟵ 宽度+精度组合
    printf("左宽10精2:|%-10.2f|\n", pi);//|3.14      | ⟵ 组合标志
 
    return 0;
}

scanf 的用法——每次输入都是一次"格式匹配"

如果说 printf 是把数据按你指定的格式"编码"成文字输出，那 scanf() 就是反过来——从输入里按格式"解码"数据存入变量。scanf 的用法跟 printf 相似——也是用格式说明来告诉电脑"输入里的数据长什么样"。

下面用 Stepper 一步步看 scanf 到底怎么工作的——每一步都有对应的图示：

动手：scanf 从键盘到变量的三步

猜一猜：scanf("%d %f", &n, &f); 输入 42 3.14 回车后，n 是 42、f 是 3.14——但回车符去哪了？它留在输入缓冲区里了！通过下面 Stepper 一步步揭晓。

printf / scanf 与缓冲区——不能只看表面

缓冲区也影响输出可见时机。正常程序终止会关闭并刷新输出流；但没有换行的交互提示可能在程序等待输入时仍留在缓冲区。终端上的 stdout 常为行缓冲但不是无条件保证，需立即显示提示时调用 fflush(stdout)。

不要把“换行必刷新”或“所有 scanf 都不吃换行”当成规则。应根据流缓冲模式、具体转换说明是否跳过空白以及函数返回值判断状态。

代码详解：四个核心场景逐段拆解

场景一：声明和输出字符串——字符串的三种"写法"

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main(void) {
    // 方式①：{} 逐字符初始化（C 会自动加 \0）
    char s1[] = {'H', 'i', '\0'};   // "Hi"——手动写 \0
 
    // 方式②："" 字符串字面值（编译器自动加 \0）
    char s2[] = "World!";           // "World!"——自动加 \0
 
    // 方式③：char 指针指向字面值
    const char *s3 = "Hello";       // 指针指向只读的"Hello\0"
 
    printf("%s %s %s\n", s1, s2, s3);   // 输出 Hi World! Hello
    printf("strlen(s2) = %zu\n", strlen(s2));  // 6
    return 0;
}

三种方式有细微差别：方式②创建可修改数组，其存储期取决于声明位置；方式③指向字符串字面量。通过该指针修改字面量的行为未定义，无论目标平台是否把它放在只读段。%s 会从地址读取直到首个空字符，因此调用者必须保证对象边界内存在终止符。

场景二：printf 格式组合——宽度、精度、标志一起上

#include <stdio.h>
int main(void) {
    double price = 12.50;
    int    count = 3;
 
    // 记账风格：左对齐标签 + 右对齐金额
    printf("%-20s %8.2f\n", "单价:", price);       // 单价:            12.50
    printf("%-20s %8d\n",   "数量:", count);       // 数量:                3
    printf("%-20s %8.2f\n", "总价:", price * count);// 总价:            37.50
 
    return 0;
}

%-20s 中 - 表示左对齐，20 是宽度——标签左边贴着显示，右边用空格补齐到 20。%8.2f 中 8 是总宽度（含小数点和小数位），.2 是 2 位小数——金额 37.50 刚好占满 8 个字符宽度，右边对齐。这套格式化组合在打印表格时非常实用。

场景三：scanf 读取混合类型——每一个百分号都在"扫描"

#include <stdio.h>
int main(void) {
    int  age;
    float height;
    char name[20];
 
    printf("请输入：姓名 年龄 身高\n");
    if (scanf("%19s %d %f", name, &age, &height) != 3) {
        fputs("输入格式错误\n", stderr);
        return 1;
    }
 
    printf("%s，%d 岁，身高 %.2f 米\n", name, age, height);
    return 0;
}

在此函数实参中 name 转换为首元素指针，所以不写 &name；age 和 height 则传对象地址。%19s 最多写入 19 个非空白字符并追加空字符，匹配 name[20] 的容量。返回值 3 表示三个转换都成功；不检查返回值就可能继续读取未赋值对象。

场景四：gets 的危险与 fgets 的安全替代

#include <stdio.h>
int main(void) {
    char line[20];
 
    // ❌ gets(line)——已从 C11 标准删除，永不使用！
    // gets 不知道数组有多大，用户输入 100 个字符会把栈冲垮
 
    // ✅ 安全替代：fgets
    printf("请输入一行文字：");
    fgets(line, sizeof(line), stdin);   // 最多读 sizeof(line)-1 个字符
    fputs(line, stdout);                // 输出读到的内容（fgets 会保留末尾 \n）
 
    return 0;
}

gets() 在 C11 中被删除，因为接口无法获知目标容量。fgets() 接受数组、最大写入数量和输入流，成功时最多存 n-1 个字符并追加空字符。若换行在容量内会一并保存；长行只读到一段，EOF 前最后一行也可能没有换行。调用者必须检查返回值并决定是否继续读取剩余片段。

容易踩的坑

小结

• C 字符串以空字符终止；strlen 找首个终止符，sizeof 查询数组或指针本身，两者只在特定数组初始化场景差 1
• printf 的格式通式 %[标志][宽度][.精度]类型 —— 组合这些字段就能完成日常所有输出格式需求
• scanf 必须传变量地址（&），从输入缓冲区按格式匹配读取——跟 printf 方向相反但格式体系相同
• 输入残留要按目标协议处理：非空白字符可在 %c 前加空格，整行输入应统一用 fgets 并检查完整性
• 永远不用 gets——用 fgets(name, sizeof(name), stdin) 安全替代；puts/fputs 做行输出

#include <stdio.h>
int main(void) {
    char name[5] = "Xiaow";
    int age;
    float score;
    char grade;
 
    gets(name);
    scanf("%f", score);
    scanf("%c", &grade);
    printf("姓名: %s 年龄: %c 成绩: %d\n", name, age, score);
    return 0;
}

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main(void) {
    char name[20];
    int age;
    float score;
    char grade;
 
    printf("请输入姓名：");
    if (!fgets(name, sizeof(name), stdin)) return 1;
    name[strcspn(name, "\n")] = '\0';
 
    printf("请输入年龄和成绩：");
    if (scanf("%d %f", &age, &score) != 2) return 1;
 
    printf("请输入等级：");
    if (scanf(" %c", &grade) != 1) return 1;
 
    printf("姓名: %s 年龄: %d 成绩: %.1f 等级: %c\n", name, age, score, grade);
    return 0;
}

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main(void) {
    char str[] = "CPro";
    printf("① strlen = %zu\n", strlen(str));
    printf("② sizeof = %zu\n", sizeof(str));
    printf("③ |%10s|\n", str);
    printf("④ |%-10s|\n", str);
    printf("⑤ str[4] = %d\n", str[4]);
    printf("⑥ str[5] = %d\n", str[5]);
    return 0;
}

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main(void) {
    char line[64];
 
    printf("请输入一行文字（最多 63 字符）：");
    if (!fgets(line, sizeof(line), stdin)) return 1;
    size_t cut = strcspn(line, "\n");
    int complete = line[cut] == '\n';
    line[cut] = '\0';
 
    printf("\n你输入了 %zu 个字符，完整行=%s\n",
           strlen(line), complete ? "yes" : "no");
 
    printf("默认输出:  |%s|\n", line);
    printf("右对齐50:  |%50s|\n", line);
    printf("左对齐30:  |%-30s|\n", line);
 
    return 0;
}

名词解释

原版目录概念补充核对

以下条目补齐官方目录中容易被示例主线掩盖的概念。它们不重复罗列目录，而是明确每项概念的机制、适用边界和验收证据。

常量与预处理器：机制、边界与证据

在《字符串和格式化输入/输出》的官方单元 cpr-04 中，常量与预处理器连接本章第 3 组知识约束。学习时要同时说明它接受什么输入、改变什么状态、在何种边界失效；再以本章示例的编译诊断、固定输入输出或失败用例复核结论，不能只记术语名称。