練習24：輸入輸出和檔案

原文：Exercise 24: Input, Output, Files

譯者：飛龍

你已經學會了使用printf來列印變數，這非常不錯，但是還需要學習更多。這個練習中你會用到fscanf和fgets在結構體重構建關於一個人的資訊。在這個關於讀取輸入的簡介之後，你會得到C語言IO函式的完整列表。其中一些你已經見過並且使用過了，所以這個練習也是一個記憶練習。

#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;
}

這個程式非常簡單，並且引入了叫做fscanf的函式，意思是“檔案的格式化輸入”。scanf家族的函式是printf的反轉版本。printf用於以某種格式列印資料，然而scanf以某種格式讀取（或者掃描）輸入。

檔案開頭沒有什麼新的東西，所以下面只列出main所做的事情：

ex24.c:24-28

建立所需的變數。

ex24.c:30-32

使用fgets函式獲取名字，它從輸入讀取字串（這個例子中是stdin），但是確保它不會造成緩衝區溢位。

ex24.c:34-36

對you.last_name執行相同操作，同樣使用了fgets。

ex24.c:38-39

使用fscanf來從stdin讀取整數，並且將其放到you.age中。你可以看到，其中使用了和printf相同格式的格式化字串。你也應該看到傳入了you.age的地址，便於fsnaf獲得它的指標來修改它。這是一個很好的例子，解釋了使用指向資料的指標作為“輸出引數”。

ex24.c:41-45

列印出用於眼睛顏色的所有可選項，並且帶有EyeColor列舉所匹配的數值。

ex24.c:47-50

再次使用了fscanf，從you.eyes中獲取數值，但是保證了輸入是有效的。這非常重要，因為使用者可以輸入一個超出EYE_COLOR_NAMES陣列範圍的值，並且會導致段錯誤。

ex24.c:52-53

獲取you.income的值。

ex24.c:55-61

將所有資料列印出來，便於你看到它們是否正確。要注意EYE_COLOR_NAMES用於列印EyeColor列舉值實際上的名字。

你會看到什麼

當你執行這個程式時，你應該看到你的輸入被適當地轉換。你應該嘗試給它非預期的輸入，看看程式是怎麼預防它的。

$ 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

如何使它崩潰

這個程式非常不錯，但是這個練習中真正重要的部分是，scanf如何發生錯誤。對於簡單的數值轉換沒有問題，但是對於字串會出現問題，因為scanf在你讀取之前並不知道緩衝區有多大。類似於gets的函式（並不是fgets，不帶f的版本）也有一個我們已經避免的問題。它並不是道輸入緩衝區有多大，並且可能會使你的程式崩潰。

要演示fscanf和字串的這一問題，需要修改使用fgets的那一行，使它變成fscanf(stdin, "%50s", you.first_name)，並且城市再次執行。你會注意到，它讀取了過多的內容，並且吃掉了你的Enter鍵。這並不是你期望它所做的，你應該使用fgets而不是去解決古怪的scanf問題。

接下來，將fgets改為gets，接著使用valgrind來執行valgrind ./ex24 < /dev/urandom，往你的程式中輸入一些垃圾字串。這叫做對你的程式進行“模糊測試”，它是一種不錯的方法來發現輸入錯誤。這個例子中，你需要從/dev/urandom檔案來輸入一些垃圾，並且觀察它如何崩潰。在一些平臺上你需要執行數次，或者修改MAX_DATA來使其變小。

gets函式非常糟糕，以至於一些平臺在程式執行時會警告你使用了gets。你應該永遠避免使用這個函式。

最後，找到you.eyes輸入的地方，並移除對其是否在正確範圍內的檢查。然後，為它輸入一個錯誤的數值，比如-1或者1000。在Valgrind執行這些操作，來觀察會發生什麼。

譯者注：根據最新的C11標準，對於輸入函式，你應該總是使用_s字尾的安全版本。對於向字串的輸出函式，應該總是使用C99中新增的帶n的版本，例如snprintf。如果你的編譯器支援新版本，就不應該使用舊版本的不安全函式。

IO函式

這是一個各種IO函式的簡單列表。你應該查詢每個函式併為其建立速記卡，包含函式名稱，功能和它的任何變體。

• fscanf
• fgets
• fopen
• freopen
• fdopen
• fclose
• fcloseall
• fgetpos
• fseek
• ftell
• rewind
• fprintf
• fwrite
• fread

過一遍這些函式，並且記住它們的不同變體和它們的功能。例如，對於fscanf的卡片，上面應該有scanf、sscanf、vscanf，以及其它。並且在背面寫下每個函式所做的事情。

最後，為了獲得這些卡片所需的資訊，使用man來閱讀它的幫助。例如，fscanf幫助頁由man fscanf得到。

附加題

• 將這個程式重寫為不需要fscanf的版本。你需要使用類似於atoi的函式來將輸入的字串轉換為數值。
• 修改這個程式，使用scanf來代替fscanf，並觀察有什麼不同。
• 修改程式，是輸入的名字不包含任何換行符和空白字元。
• 使用scanf編寫函式，按照檔名讀取檔案內容，每次讀取單個字元，但是不要越過（檔案和緩衝區的）末尾。使這個函式接受字串大小來更加通用，並且確保無論什麼情況下字串都以'\0'結尾。