输入与字符串

一、getchar和scanf

1. getchar() 的行为

它是最原始的字符读取函数。它的逻辑是：输入缓冲区里有什么，我就拿什么，绝不挑食。

2. scanf() 的行为

scanf 通常比较“聪明”，比如 %d 或 %s 会自动跳过空格、回车和制表符。一旦遇到这些空白字符，它就会立刻停止读取 ， 但是！ %c 是个特例。当使用 %c 时，它的行为和 getchar() 几乎一模一样：不跳过任何空白字符 。

二、gets 、 fgets 和 gets_s

1. gets() —— 亡命徒 (The Outlaw)

状态 ：极度危险 ，已被废弃（C11 标准已将其从库中移除）。

  • 安全性 ：0 分 。
    • 它不接受数组大小作为参数。
    • 原理 ：你给它一个 10 字节的杯子，如果用户倒入 100 升水，它会照单全收，溢出的水会覆盖掉杯子后面的内存（造成缓冲区溢出攻击）。
  • 回车处理 ：“吃掉”回车 。
    • 读取到 \n 为止，然后把 \n 扔掉，换成 \0。
  • 内存样子：输入 abc + 回车
    [‘a’, ‘b’, ‘c’, ‘\0’]

2. fgets() —— 严谨的守卫 (The Strict Guard)

状态 ：行业标准 ，最推荐使用。

  • 安全性 ：100 分 。
    • 语法 ：fgets(str, size, stdin);
    • 它强制你告诉它杯子有多大（size）。如果用户输入太长，它读满 size-1 个字符后就强制停止，并在最后补上 \0。剩下的字符留在缓冲区供下次读取。
  • 回车处理 ：“保留”回车 （这是它最特殊的点）。
    • 读取到 \n 为止，它会把 \n 当作普通字符存进数组，然后在 \n 后面补 \0。
    • 注意：如果输入的字符串太长超过了 size，它可能读不到回车。
  • 内存样子：输入 abc + 回车
    [‘a’, ‘b’, ‘c’, ‘\n’, ‘\0’]

3. gets_s() —— 特工 (The Special Agent)

状态 ：C11 标准引入的可选 安全版本（注意：并非所有编译器都支持，VC++ 支持，但 GCC/Clang 默认不一定支持）。

  • 安全性 ：100 分 。
    • 语法 ：gets_s(str, size);
    • 同样强制要求传入大小 size。
    • 特殊机制 ：如果用户输入的内容超过了 size，它不只是截断，它通常会报错（触发运行时约束处理），清空字符串或终止程序，视具体实现而定。
  • 回车处理 ：“吃掉”回车 （这点模仿了 gets）。
    • 读取到 \n，扔掉它，换成 \0。
    • 目的 ：为了让你从 gets 迁移过来时，不用改处理回车的逻辑。
  • 内存样子：输入 abc + 回车
    [‘a’, ‘b’, ‘c’, ‘\0’]

📊 终极对比表

特性 gets(str) fgets(str, n, stdin) gets_s(str, n)
安全性 ❌ 极差 (内存溢出) ✅ 安全 (截断) ✅ 安全 (报错/截断)
是否需要数组大小 不需要 (瞎读) 需要 需要
回车符\n 扔掉 ，换成 \0 保留 ，后面补 \0 扔掉 ，换成 \0
结果字符串 "abc" "abc\n" "abc"
兼容性 现代编译器报错/移除 全平台通用 只有部分编译器支持 (如 VS)

🔍 内存与回车处理图解

假设你的数组大小是 10 (char buf[10])，你输入了 abc 然后按了回车。
1.gets(buf) 的内存：

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| a | b | c | \0 | ? | ? | ...
^--- 哪怕你输入 100 个字，它也会往后写，覆盖 ? 区域

2.fgets(buf, 10, stdin) 的内存：

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| a | b | c | \n | \0 | ? | ...
^--- 注意多出来的 \n，这导致字符串长度变成了 4

3.gets_s(buf, 10) 的内存：

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2
| a | b | c | \0 | ? | ? | ...
^--- 只要不超过 10，效果和 gets 一样，但是安全

💡 核心建议

  1. 忘记 gets：就像忘记前任一样，永远不要在代码里写 gets。
  2. 慎用 gets_s：虽然它好用（不用手动删回车），但如果你把代码发给用 Linux/Mac 的同学，他们可能编译不过。
  3. 拥抱 fgets：这是最通用的解法。如果你讨厌那个讨厌的 \n，可以用一行代码把它去掉：
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fgets(str, 100, stdin);
// 查找 \n 并把它变成 \0
str[strcspn(str, "\n")] = 0;

三、输入带空格的字符串

方案一：最推荐、最标准的方法 (fgets)

这是目前 C 语言中读取带空格字符串的行业标准 写法。

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#include <stdio.h>

int main() {
    char str[100]; // 准备足够大的数组

    printf("请输入: ");
    
    // 语法：fgets(数组名, 数组大小, stdin)
    // stdin 代表从键盘输入
    fgets(str, 100, stdin); 

    printf("你存入的是: %s", str);
    
    return 0;
}
  • 输入 ：i am a student (按回车)
  • 内存结果 ：i am a student\n\0 (它会把回车也存进去)

方案二：不存回车的方法 (scanf 高级用法)

如果你不想处理 fgets 带来的那个回车符，可以用 scanf 的“正则表达式”写法。

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#include <stdio.h>

int main() {
    char str[100];

    printf("请输入: ");

    // %[^\n] 的意思是：读取所有字符，直到遇到回车(\n)才停
    scanf("%[^\n]", str); 

    printf("你存入的是: %s\n", str);

    return 0;
}
  • 输入 ：i am a student (按回车)
  • 内存结果 ：i am a student\0 (它不存回车)

选哪个？

  • 选方案一 (fgets)：如果你怕内存溢出，或者不在意那个回车符。
  • 选方案二 (scanf)：如果你想要一个干净的、没有回车的字符串。

四、字符串的定义

如果你是想接收输入 （比如用 scanf 或 fgets），你必须写成 str[长度]。不能只写 str。
我用一个**“租房”** 的例子来解释为什么。

1. 为什么不能写 char str; ？

如果你写：

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char str;
scanf("%s", &str); // ❌ 极其危险！
  • 现实含义 ：你在内存里只租了一个 很小的单间（1个字节）。
  • 后果 ：当你试图往里面塞进 “student”（7个字母+1个结束符）时，第1个字母 ‘s’ 住进了单间，剩下的 ‘t’, ‘u’, ‘d’… 就会挤爆墙壁 ，住到隔壁邻居（其他变量）的家里去。
  • 结局 ：程序崩溃（Stack Corruption）。

2. 为什么不能写 char *str; ？

如果你写：

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char *str;
scanf("%s", str); // ❌ 程序会直接炸掉（Segmentation Fault）
  • 现实含义 ：char *str 只是一个门牌号 （指针）。
    • 当你定义 char *str; 但不给它赋值时，这个门牌号是乱写的（野指针），它可能指向大海、外太空或者别人的保险柜。
  • 后果 ：scanf 试图把 “student” 这个字符串送到 str 指向的地方。因为那个地方根本不属于你，或者根本不存在，操作系统会立刻把你的程序杀掉。
  • 结局 ：段错误（Segmentation Fault）。

3. 为什么要写 char str[100]; ？

如果你写：

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char str[100];
scanf("%s", str); // ✅ 安全
  • 现实含义 ：你向系统申请（预订）了一个拥有 100 个房间的公寓 。
  • 后果 ：编译器在内存里划出了一块固定的区域专门给你。现在你把 “student” 存进去，完全够住，不会影响别人。

唯一可以“偷懒”的情况：初始化

如果你是在定义的同时直接赋值 ，你可以不写长度，让编译器帮你数。

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// ✅ 编译器会自动数：i, a, m, \0 = 4个字节
// 实际上它等同于 char str[4] = "iam";
char str[] = "iam";

但是！这也仅限于这一行 。 如果你是想先定义，后面再用scanf 输入，你就必须把长度写死：

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| a | b | c | \n | \0 | ? | ...
^--- 注意多出来的 \n，这导致字符串长度变成了 4

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总结

C 语言非常“笨”，它不会自动扩容。

  • 想存字符串，必须先给够地盘 。
  • char str[100]：意思是“给我留 100 个字节的空地，我要用来存字”。这是最稳妥的写法。

所以，记住了：定义字符串变量用来输入时，中括号里的数字（长度）是绝对不能省的！