C中PRINTF和SCANF的一些知识
暑假在家看《C Primer Plus》，有一部分对 printf 和 scanf 函数讲得比较细，所以想要写一篇笔记记录一下这些知识。
一、关于 printf 函数
printf 和 scanf 函数是 C 语言中的输入/输出函数（I/O 函数），可以使用这两个函数来实现程序和用户的交互。也是 C 语言初学者所接触到的最早的两个函数了，printf 函数用于格式化输出信息，我们最早会用这个函数来编写“Hello world”程序，想必对于 C 语言的学习者来说是最熟悉不过的函数了。
1.函数的参数格式
printf 函数与一般我们定义的函数不同，它是没有固定参数个数的。它使用“格式字符串+参数列表”的形式获取参数，即“格式字符串”是 printf 的第一个参数，其中包含了后续参数列表中的参数个数和输出信息的格式等信息。如：
1 | |
上面的“My name is %s, %d years old.”就是格式字符串，而后面跟着的 name 和 age 是需要打印其值的变量，这两个变量的值分别替换字符串中的“%s”和“%d”，然后 printf 函数将替换后的文本打印到控制台中的当前位置。由此可见，printf 函数可以通过格式字符串中的“%s”等（转换说明）获取到参数的数量并加以处理。
格式字符串后面的参数列表中的参数可以是变量、常量或者是需要在打印之前先计算其值的表达式。格式字符串中应该包含“实际需要打印的字符”和“转换说明”两种信息。若格式字符串中没有转换说明，那么也可以没有参数列表，如：
1 | |
这样即表明格式字符串中都是实际需要打印的字符，没有需要替换的转换说明，printf 将会把格式字符串中的字符串原样打印到控制台的当前位置。
2.函数的转换说明
上一段中提到了“转换说明”，就是在格式字符串中类似于“%s”的字符组合。它在格式字符串中起到了“占位符”的作用，即标记了待插入内容将要插入到字符串中的位置，并表明了待插入内容的数据格式。printf 函数将转换说明和后面参数列表中的参数一一对应，一个转换说明对应一个参数，使用转换说明表明的数据格式读取参数（变量或者常量）中的值，将以二进制格式存储在计算机中的数据转换成一系列字符串，并将转换说明用读取出来的值替换掉，再进行下一个参数的读取和插入，直到转换说明都被替换掉为止。
即在上一个例子中，
1 | |
printf 先读取到了格式字符串，了解到了在格式字符串后面应该有两个参数用于替换转换说明，“%s”表明了后面参数列表中的第一个参数是字符串，所以 printf 函数用字符串的数据格式将 name 变量中的值读取出来，并用这个值替换了“%s”。按照这样的方式也替换了“%d”，如果还有更多的转换说明，那么以此类推都替换掉。
如果上面的 name 变量的值为“Ming”，age 的值为 16，那么被替换过的字符串就变成了“My name is Ming, 16 years old.”并被打印到控制台的当前位置。
有很多不同的转换说明支持转换不同类型的数据（这里“转换”的意思就是将以二进制格式存储在内存中的数据“翻译”成字符串并插入格式字符串中），常用的有以下一些：
| 转换说明 | 输出 |
|---|---|
| %a | 浮点数、十六进制数和 p 计数法 |
| %c | 单个字符 |
| %d | 有符号十进制数 |
| %f | 浮点数，十进制记数法 |
| %e | 浮点数，e 计数法 |
| %o | 无符号八进制数 |
| %p | 指针 |
| %s | 字符串 |
| %u | 无符号十进制数 |
| %x | 无符号十六进制数（小写） |
| %% | 打印一个百分号 |
另外，格式字符串中的转换说明一定要与后面的参数数据类型相匹配，若转换说明个数和参数个数不同或者转换说明与参数类型不匹配，会导致不确定的后果（如打印出无意义的值或者程序停止运行等）。和转换说明一起使用的还有“转换说明修饰符”，用于修饰转换说明，常用的几个如下：
| 修饰符 | 含义 |
|---|---|
| 数字 | 最小字段宽度 |
| .数字 | 精度，%e或%f表示小数点后面位数 |
| h | 与整型说明一起使用表示short类型 |
| hh | 与整型说明一起使用表示char类型 |
| l | 与整型说明一起使用表示long类型 |
| ll | 与……一起使用表示long long类型 |
| L | 与浮点说明使用表long double类型 |
| z | 与整型说明一起使用表示size_t类型 |
| - | 待打印项左对齐 |
| + | 显示正负号 |
| 空格 | 正数显示空格，负数显示负号 |
| # | 使用能表明数据进制的形式显示 |
| 0 | 对于数值，使用0代替空格填充宽度 |
3.函数的打印机制和其返回值
有时候即使用对了大部分转换说明也可能会出现下面这种情况：
这段程序中 printf 虽然用对了 n3 和 n4 的转换说明，但是 n3 和 n4 还是没有被正确打印出来。其中的原因就在 printf 的参数传递过程和打印机制中。
以上代码在调用 printf 函数的时候，计算机根据程序中声明的变量类型将传递给函数的参数变量 n1， n2，n3，n4存入一个被称为“栈（stack）”的内存区域内，每个变量在存储时在内存中都是相邻的，如图：
在栈中，n1 和 n2 各占用 8 字节，n3 和 n4 各占用 4 字节，4 个变量相邻地存储在栈中。
当 printf 开始按照所给的转换说明在栈中读取变量时，它先按照第一个转换说明“%ld”在栈中从头开始读取了 4 字节（n1 的完整数据应该是 8 字节），即读取了 n1 变量的一半（第一个方块）按照 long 类型解释，于是显示了一个错误的值。
接着 printf 按照第二个转换说明接着读取 4 字节的内容（第二个方块），再次错误地翻译了二进制数据并显示了；接下来根据第三个转换说明从当前栈中的位置继续读取 4 字节内容，又错误地显示了……
因为 printf 每次从栈中读取数据都是从当前位置读取，所以当第一个转换说明错误以后，printf 在第一次读取数据时读错了字节，再次读取时就“错位”了，因此也就不能正确的显示哪怕是正确的转换说明了。
printf 函数返回成功打印字符的个数，这个特性可以用来检查是否成功打印字符。若输出错误，printf 函数会返回一个负值。
4.打印较长的字符串
如果 printf 要打印较长的字符串，会导致语句太长不方便阅读。因为在 C 语言中使用空白字符（空格、制表符和换行符等）分隔不同的代码部分时，编译器会忽略它们，所以一条 printf 语句可以写成多行的形式。如参数与参数之间换行：
1 | |
但是不能在格式字符串中间换行，这样会导致字符串中包含非法字符。
《C Primer Plus》中写道如果想要在字符串中换行，有以下三种方法：
- 使用多个 printf 语句；
- 在字符串中使用“\”反斜杠加 Enter 键换行；
- ANSI C 引入的字符串连接，使用两个带双引号字符串之间带空白隔开，编译器会将它们链接为一个字符串。
例：
二、关于 scanf 函数
C 语言包含很多输入函数，除了从标准输入输入，还有能够从文件读入数据的函数等。但在控制台和用户交互时，scanf 是比较通用的一个，因为它可以格式化地读取用户输入的数据。scanf 函数的功能是将读取的字符串转换成整数、浮点数、字符或字符串等，与 printf 的功能相反。
1.函数的参数格式和转换说明
scanf 函数的参数格式和 printf 函数相似，也使用“格式字符串+参数列表”的形式。格式字符串中也使用转换说明，用法和 printf 类似，但是用一点需要说明的是参数列表中的参数是变量的地址，scanf 会将读取的数据写入参数列表中提供的地址。
格式字符串中除了转换说明外都是“需要用户实际输入的字符”，scanf 函数会跳过格式字符串中转换说明以外的字符，在转换说明所在的位置读取用户输入的内容（空字符不是严格匹配，除了“%c”，其他转换说明都会忽略输入项前面的所有空白字符）。同时转换说明还为 scanf 函数表明了需要将用户输入的字符串转换成何种类型的数据，这样 scanf 函数就能用正确的格式编码输入的字符串，并将其存储到指定的相应类型变量中了。
scanf 函数的转换说明和 printf 函数基本相同，需要说明的一点是对于 double 类型的转换说明，printf 函数使用“%f”，而 scanf 使用“%lf”。
2.读取用户输入的过程
按照《C Primer Plus》中的例子，我们假设 scanf 根据“%d”转换说明读取一个整数，从这里开始看它的读取过程。
1 | |
用户在输入区输入了“ 1A”（ 1 前面有三个空格）并按下了回车，按下回车的时候，系统将输入区用户输入的字符串一并发送给 scanf 函数，函数开始处理字符串，从字符串的开头开始，一次读取一个字符，跳过空白字符，即对用户输入的三个空格不予理会直接跳过。接着读取到了一个“1”字符，发现它是数字，继续读取下面一个字符“A”，发现“A”不是数字了。于是将 1 转换成整数的格式传入了 a 变量，并将无法处理的字符“A”放回到用户的输入区。
如果用户直接输入了“A”怎么办呢？
和上面的过程相似，但是当 scanf 读取到“A”的时候将“A”放回到用户输入区，无法给变量 a 赋值。若用户再次运行这句语句，并接着“A”输入了一个数字的话，scanf 还是不能读取到“A”后面的数字，因为被放回到输入区中的“A”再次被发送给 scanf 读取到并又放回了输入区中。如图：
因为 scanf 会忽略用户输入的空白字符，所以我们可以用空白字符来分隔不同的数据，如：
1 | |
输入“123 234”，空格会将 123 和 234 分成两个数字并分别读入 num1 和 num2 中，或者将空格换成回车也有同样的效果。
但是若使用“%c”，空白就不会不忽略了，如：
1 | |
若用户输入了“3<回车>”，那么 3 会被读入 num 中，换行符会被读入 chara 中；或者输入“3 A”，那么3会被读入 num 中，空格会被读入 chara 中，“A”会被 scanf 函数放回输入区。
3.函数的返回值
scanf 函数返回成功读取的项数，若没有成功读取则返回 0（如转换说明是一个“%d”，但用户却输入了一个字符，这就不算成功读取），当 scanf 读取到文件结尾时会返回 EOF。（使用 scanf 读取文件？）
通常我们可以使用 scanf 的返回值来判断用户是否进行了正确的输入，从而判断是否结束循环、处理不合理的输入或者进行其他操作等。如：
上图就是一个要求用户输入整数来循环的例子，用户可以通过输入一个字母等来退出循环。
三、printf 和 scanf 的 * 修饰符
在 printf 函数中，“”修饰符可以替代转换说明的修饰符，并用参数列表中相应位置的参数来替换“”修饰符，从而可以使用程序中的变量来修改输出数据的格式。如：
在上面的程序中， printf 中格式字符串里的第一个“”会被 width 变量的值替换，第二个“”会被 precision 的值替换，即变为“%8.2f”，再进行 data 的处理。
使用“*”修饰符可以让用户来决定数据的输出格式，更增加了程序的实用性和方便性。
以上。