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使用scanf从键盘输入数据
程序是人机交互的媒介,有输出必然也有输入,第三章我们讲解了如何将数据输出到显示器上,本章我们开始讲解如何从键盘输入数据。在C语言中,有多个函数可以从键盘获得用户输入:
  • scanf():和 printf() 类似,scanf() 可以输入多种类型的数据。
  • getchar()getche()getch():这三个函数都用于输入单个字符。
  • gets():获取一行数据,并作为字符串处理。

scanf() 是最灵活、最复杂、最常用的输入函数,但它不能完全取代其他函数,大家都要有所了解。

本节我们只讲解 scanf(),其它的输入函数将在下节讲解。

scanf()函数

scanf 是 scan format 的缩写,意思是格式化扫描,也就是从键盘获得用户输入,和 printf 的功能正好相反。

我们先来看一个例子:

 
  1. #include <stdio.h>
  2. int main()
  3. {
  4. int a = 0, b = 0, c = 0, d = 0;
  5. scanf("%d", &a); //输入整数并赋值给变量a
  6. scanf("%d", &b); //输入整数并赋值给变量b
  7. printf("a+b=%d\n", a+b); //计算a+b的值并输出
  8. scanf("%d %d", &c, &d); //输入两个整数并分别赋值给c、d
  9. printf("c*d=%d\n", c*d); //计算c*d的值并输出
  10.  
  11. return 0;
  12. }
运行结果:
12↙
60↙
a+b=72
10 23↙
c*d=230
表示按下回车键。
从键盘输入12,按下回车键,scanf() 就会读取输入数据并赋值给变量 a;本次输入结束,接着执行下一个 scanf() 函数,再从键盘输入 60,按下回车键,就会将 60 赋值给变量 b,都是同样的道理。

第 8 行代码中,scanf() 有两个以空格分隔的%d,后面还跟着两个变量,这要求我们一次性输入两个整数,并分别赋值给 c 和 d。注意"%d %d"之间是有空格的,所以输入数据时也要有空格。对于 scanf(),输入数据的格式要和控制字符串的格式保持一致。

其实 scanf 和 printf 非常相似,只是功能相反罢了:

 
  1. scanf("%d %d", &a, &b); // 获取用户输入的两个整数,分别赋值给变量 a 和 b
  2. printf("%d %d", a, b); // 将变量 a 和 b 的值在显示器上输出
它们都有格式控制字符串,都有变量列表。不同的是,scanf 的变量前要带一个&符号。&称为取地址符,也就是获取变量在内存中的地址。

在《数据在内存中的存储》一节中讲到,数据是以二进制的形式保存在内存中的,字节(Byte)是最小的可操作单位。为了便于管理,我们给每个字节分配了一个编号,使用该字节时,只要知道编号就可以,就像每个学生都有学号,老师会随机抽取学号来让学生回答问题。字节的编号是有顺序的,从 0 开始,接下来是 1、2、3……

下图是 4G 内存中每个字节的编号(以十六进制表示):


这个编号,就叫做地址(Address)int a;会在内存中分配四个字节的空间,我们将第一个字节的地址称为变量 a 的地址,也就是&a的值。对于前面讲到的整数、浮点数、字符,都要使用 & 获取它们的地址,scanf 会根据地址把读取到的数据写入内存。

我们不妨将变量的地址输出看一下:

 
  1. #include <stdio.h>
  2. int main()
  3. {
  4. int a='F';
  5. int b=12;
  6. int c=452;
  7. printf("&a=%p, &b=%p, &c=%p\n", &a, &b, &c);
  8.  
  9. return 0;
  10. }
输出结果:
&a=0x18ff48, &b=0x18ff44, &c=0x18ff40

%p是一个新的格式控制符,它表示以十六进制的形式(带小写的前缀)输出数据的地址。如果写作%P,那么十六进制的前缀也将变成大写形式。
 

图:a、b、c 的内存地址
注意:这里看到的地址都是假的,是虚拟地址,并不等于数据在物理内存中的地址。虚拟地址是现代计算机因内存管理的需要才提出的概念,我们将在《C语言和内存》专题中详细讲解。
再来看一个 scanf 的例子:

 
  1. #include <stdio.h>
  2. int main()
  3. {
  4. int a, b, c;
  5.  
  6. scanf("%d %d", &a, &b);
  7. printf("a+b=%d\n", a+b);
  8.  
  9. scanf("%d %d", &a, &b);
  10. printf("a+b=%d\n", a+b);
  11.  
  12. scanf("%d, %d, %d", &a, &b, &c);
  13. printf("a+b+c=%d\n", a+b+c);
  14.  
  15. scanf("%d is bigger than %d", &a, &b);
  16. printf("a-b=%d\n", a-b);
  17.  
  18. return 0;
  19. }
运行结果:
10 20↙
a+b=30
100 200↙
a+b=300
56,45,78↙
a+b+c=179
25 is bigger than 11↙
a-b=14

第一个 scanf() 的格式控制字符串为"%d %d",中间有一个空格,而我们却输入了10    20,中间有多个空格。第二个 scanf() 的格式控制字符串为"%d   %d",中间有多个空格,而我们却输入了100 200,中间只有一个空格。这说明 scanf() 对输入数据之间的空格的处理比较宽松,并不要求空格数严格对应,多几个少几个无所谓,只要有空格就行。

第三个 scanf() 的控制字符串为"%d, %d, %d",中间以逗号分隔,所以输入的整数也要以逗号分隔。

第四个 scanf() 要求整数之间以is bigger than分隔。

用户每次按下回车键,程序就会认为完成了一次输入操作,scanf() 开始读取用户输入的内容,并根据格式控制字符串从中提取有效数据,只要用户输入的内容和格式控制字符串匹配,就能够正确提取。

本质上讲,用户输入的内容都是字符串,scanf() 完成的是从字符串中提取有效数据的过程。

连续输入

在本节第一段示例代码中,我们一个一个地输入变量 a、b、c、d 的值,每输入一个值就按一次回车键。现在我们改变输入方式,将四个变量的值一次性输入,如下所示:

12 60 10 23↙
a+b=72
c*d=230

可以发现,两个 scanf() 都能正确读取。合情合理的猜测是,第一个 scanf() 读取完毕后没有抛弃多余的值,而是将它们保存在了某个地方,下次接着使用。

如果我们多输入一个整数,会怎样呢?

12 60 10 23 99↙
a+b=72
c*d=230

这次我们多输入了一个 99,发现 scanf() 仍然能够正确读取,只是 99 没用罢了。

如果我们少输入一个整数,又会怎样呢?

12 60 10↙
a+b=72
23↙
c*d=230

输入三个整数后,前两个 scanf() 把前两个整数给读取了,剩下一个整数 10,而第三个 scanf() 要求输入两个整数,一个单独的 10 并不能满足要求,所以我们还得继续输入,凑够两个整数以后,第三个 scanf() 才能读取完毕。

从本质上讲,我们从键盘输入的数据并没有直接交给 scanf(),而是放入了缓冲区中,直到我们按下回车键,scanf() 才到缓冲区中读取数据。如果缓冲区中的数据符合 scanf() 的要求,那么就读取结束;如果不符合要求,那么就继续等待用户输入,或者干脆读取失败。我们将在本章的《C语言缓冲区(缓存)详解》《结合C语言缓冲区谈scanf()函数》两节中详细讲解缓冲区。

注意,如果缓冲区中的数据不符合 scanf() 的要求,要么继续等待用户输入,要么就干脆读取失败,上面我们演示了“继续等待用户输入”的情形,下面我们对代码稍作修改,演示“读取失败”的情形。

 
  1. #include <stdio.h>
  2. int main()
  3. {
  4. int a = 1, b = 2, c = 3, d = 4; //修改处:给变量赋予不同的初始值
  5. scanf("%d", &a);
  6. scanf("%d", &b);
  7. printf("a=%d, b=%d\n", a, b);
  8. scanf("%d %d", &c, &d);
  9. printf("c=%d, d=%d\n", c, d);
  10.  
  11. return 0;
  12. }
运行结果:

12 60 a10↙
a=12, b=60
c=3, d=4

前两个整数被正确读取后,剩下了 a10,而第三个 scanf() 要求输入两个十进制的整数,a10 无论如何也不符合要求,所以只能读取失败。输出结果也证明了这一点,c 和 d 的值并没有被改变。

这说明 scanf() 不会跳过不符合要求的数据,遇到不符合要求的数据会读取失败,而不是再继续等待用户输入。

总而言之,正是由于缓冲区的存在,才使得我们能够多输入一些数据,或者一次性输入所有数据,这可以认为是缓冲区的一点优势。然而,缓冲区也带来了一定的负面影响,甚至会导致很奇怪的行为,请看下面的代码:

 
  1. #include <stdio.h>
  2. int main()
  3. {
  4. int a = 1, b = 2;
  5. scanf("a=%d", &a);
  6. scanf("b=%d", &b);
  7. printf("a=%d, b=%d\n", a, b);
  8.  
  9. return 0;
  10. }
输入示例:

a=99↙
a=99, b=2

输入a=99,按下回车键,程序竟然运行结束了,只有第一个 scanf() 成功读取了数据,第二个 scanf() 仿佛没有执行一样,根本没有给用户任何机会去输入数据。

如果我们换一种输入方式呢?

a=99b=200↙
a=99, b=200

这样 a 和 b 都能够正确读取了。注意,a=99b=200中间是没有任何空格的。

肯定有好奇的小伙伴又问了,如果a=99b=200两个数据之间有空格又会怎么样呢?我们不妨亲试一下:

a=99 b=200↙
a=99, b=2

你看,第二个 scanf() 又读取失败了!在前面的例子中,输入的两份数据之前都是有空格的呀,为什么这里不能带空格呢,真是匪夷所思。好吧,这个其实还是跟缓冲区有关系,我将在《结合C语言缓冲区谈scanf()函数》中深入讲解。

要想破解 scanf() 输入的问题,一定要学习缓冲区,它能使你对输入输出的认识上升到一个更高的层次,以后不管遇到什么疑难杂症,都能迎刃而解。可以说,输入输出的“命门”就在于缓冲区。

输入其它数据

除了输入整数,scanf() 还可以输入单个字符、字符串、小数等,请看下面的演示:

 
  1. #include <stdio.h>
  2. int main()
  3. {
  4. char letter;
  5. int age;
  6. char url[30];
  7. float price;
  8.  
  9. scanf("%c", &letter);
  10. scanf("%d", &age);
  11. scanf("%s", url); //可以加&也可以不加&
  12. scanf("%f", &price);
  13.  
  14. printf("26个英文字母的最后一个是 %c。\n", letter);
  15. printf("C语言中文网已经成立%d年了,网址是 %s,开通VIP会员的价格是%g。\n", age, url, price);
  16.  
  17. return 0;
  18. }
运行示例:

z↙
6↙
http://c.biancheng.net↙
159.9↙
26个英文字母的最后一个是 z。
C语言中文网已经成立6年了,网址是 http://c.biancheng.net,开通VIP会员的价格是159.9。

scanf() 和 printf() 虽然功能相反,但是格式控制符是一样的,单个字符、整数、小数、字符串对应的格式控制符分别是 %c、%d、%f、%s。

对读取字符串的说明

在《C语言处理英文字符》一节中,我们谈到了字符串的两种定义形式,它们分别是:

char str1[] = "http://c.biancheng.net";
char *str2 = "C语言中文网";

这两种形式其实是有区别的,第一种形式的字符串所在的内存既有读取权限又有写入权限,第二种形式的字符串所在的内存只有读取权限,没有写入权限。printf()、puts() 等字符串输出函数只要求字符串有读取权限,而 scanf()、gets() 等字符串输入函数要求字符串有写入权限,所以,第一种形式的字符串既可以用于输出函数又可以用于输入函数,而第二种形式的字符串只能用于输出函数。

另外,对于第一种形式的字符串,在[ ]里面要指明字符串的最大长度,如果不指明,也可以根据=后面的字符串来自动推算,此处,就是根据"http://c.biancheng.net"的长度来推算的。但是在前一个例子中,开始我们只是定义了一个字符串,并没有立即给它赋值,所以没法自动推算,只能手动指明最大长度,这也就是为什么一定要写作char url[30],而不能写作char url[]的原因。

读者还要注意第 11 行代码,这行代码用来输入字符串。上面我们说过,scanf() 读取数据时需要的是数据的地址,整数、小数、单个字符都要加&取地址符,这很容易理解;但是对于此处的 url 字符串,我们并没有加 &,这是因为,字符串的名字会自动转换为字符串的地址,所以不用再多此一举加 & 了。当然,你也可以加上,这样虽然不会导致错误,但是编译器会产生警告,至于为什么,我们将会在《数组和指针绝不等价,数组是另外一种类型》《数组在什么时候会转换为指针》中讲解。

关于字符串,后续章节我们还会专门讲解,这里只要求大家会模仿,不要彻底理解,也没法彻底理解。

最后需要注意的一点是,scanf() 读取字符串时以空格为分隔,遇到空格就认为当前字符串结束了,所以无法读取含有空格的字符串,请看下面的例子:

 
  1. #include <stdio.h>
  2. int main()
  3. {
  4. char author[30], lang[30], url[30];
  5. scanf("%s %s", author, lang);
  6. printf("author:%s \nlang: %s\n", author, lang);
  7. scanf("%s", url);
  8. printf("url: %s\n", url);
  9. return 0;
  10. }
运行示例:

YanChangSheng C-Language↙
author:YanChangSheng
lang: C-Language
http://c.biancheng.net http://biancheng.net↙
url: http://c.biancheng.net

对于第一个 scanf(),它将空格前边的字符串赋值给 author,将空格后边的字符串赋值给 lang;很显然,第一个字符串遇到空格就结束了,第二个字符串到了本行的末尾结束了。

或许第二个 scanf() 更能说明问题,我们输入了两个网址,但是 scanf() 只读取了一个,就是因为这两个网址以空格为分隔,scanf() 遇到空格就认为字符串结束了,不再继续读取了。

scanf() 格式控制符汇总

格式控制符 说明
%c 读取一个单一的字符
%hd、%d、%ld 读取一个十进制整数,并分别赋值给 short、int、long 类型
%ho、%o、%lo 读取一个八进制整数(可带前缀也可不带),并分别赋值给 short、int、long 类型
%hx、%x、%lx 读取一个十六进制整数(可带前缀也可不带),并分别赋值给 short、int、long 类型
%hu、%u、%lu 读取一个无符号整数,并分别赋值给 unsigned short、unsigned int、unsigned long 类型
%f、%lf 读取一个十进制形式的小数,并分别赋值给 float、double 类型
%e、%le 读取一个指数形式的小数,并分别赋值给 float、double 类型
%g、%lg 既可以读取一个十进制形式的小数,也可以读取一个指数形式的小数,并分别赋值给 float、double 类型
%s 读取一个字符串(以空白符为结束)
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