C語言清空輸入緩衝區的N種方法對比

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C語言中有幾個基本輸入函式:

//獲取字元系列
int fgetc(FILE *stream);
int getc(FILE *stream);
int getchar(void);
//獲取行系列
char *fgets(char * restrict s, int n, FILE * restrict stream);
char *gets(char *s);//可能導致溢位,用fgets代替之。
//格式化輸入系列
int fscanf(FILE * restrict stream, const char * restrict format, …);
int scanf(const char * restrict format, …);
int sscanf(const char * restrict str, const char * restrict format, …);
這裡僅討論輸入函式在標準輸入(stdin)情況下的使用。縱觀上述各輸入函式,
  • 獲取字元系列的的前三個函式fgetc、getc、getchar。以getchar為例,將在stdin緩衝區為空時,等待輸入,直到回車換行時函式返回。若stdin緩衝區不為空,getchar直接返回。getchar返回時從緩衝區中取出一個字元,並將其轉換為int,返回此int值。

MINGW 4.4.3中FILE結構體原始碼

typedef struct _iobuf
{
	char*	_ptr;//指向當前緩衝區讀取位置
	int	_cnt;//緩衝區中剩餘資料長度
	char*	_base;
	int	_flag;
	int	_file;
	int	_charbuf;
	int	_bufsiz;
	char*	_tmpfname;
} FILE;
各編譯器實現可能不一樣,這裡獲取字元系列函式只用到_ptr和_cnt。

MINGW 4.4.3中getchar()實現

__CRT_INLINE int __cdecl __MINGW_NOTHROW getchar (void)
{
  return (--stdin->_cnt >= 0)
    ?  (int) (unsigned char) *stdin->_ptr  
    : _filbuf (stdin);
}

其中stdin為FILE指標型別,在MINGW 4.4.3中,getc()和getchar()實現為行內函數,fgetc()實現為函式。順便說一句,C99標準中已經加入對行內函數的支援了。

  • 獲取行系列的fgets和gets,其中由於gets無法確定緩衝區大小,常導致溢位情況,這裡不推薦也不討論gets函式。對於fgets函式,每次敲入回車,fgets即返回。fgets成功返回時,將輸入緩衝區中的資料連換行符’\n’一起拷貝到第一個引數所指向的空間中。若輸入資料超過緩衝區長度,fgets會擷取資料到前n-1(n為fgets第二個引數,為第一個引數指向空間的長度),然後在末尾加入’\n’。因此fgets是安全的。通常用fgets(buf, BUF_LEN, stdin);代替gets(buf);。
  • 格式化輸入系列中,fscanf從檔案流進行格式化輸入很不好用。常用的還是scanf,格式化輸入系列函式捨去輸入資料(根據函式不同可能是標準輸入也可能是字串輸入,如:sscanf)前的空白字元(空格、製表符、換行符)直至遇到非空白字元,然後根據格式引數嘗試對非空白字元及後續字元進行解析。該系列函式返回成功解析賦值的變數數,若遇檔案尾或錯誤,返回EOF。

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提到緩衝區,就不得不提setbufsetvbuf兩個緩衝區設定函式,其宣告如下:

void setbuf(FILE * restrict stream, char * restrict buf);
int setvbuf(FILE * restrict stream, char * restrict buf, int mode, size_t size);

setvbuf的mode引數有:

  • _IOFBF(滿緩衝):緩衝區空時讀入資料;緩衝區滿時向流寫入資料。
  • _IOLBF(行緩衝):每次從流讀入一行資料或向流寫入資料。如:stdio,stdout
  • _IONBF(無緩衝):直接從流讀入資料,或者直接向流寫入資料,而沒有緩衝區。如:stderr

setbuf(stream, buf);在:

  • buf == NULL:等價於(void)setvbuf(stream, NULL, _IONBF, 0);
  • buf指向長度為BUFSIZ的緩衝區:等價於(void)setvbuf(stream, buf, _IOFBF, BUFSIZ);

注:BUFSIZ巨集在stdio.h中定義。

 

這裡還要提一下傳說中的setbuf經典錯誤,在《C陷阱和缺陷》上有提到:

int main()
{
    int c;
    char buf[BUFSIZ];
    setbuf(stdout,buf);
    while((c = getchar()) != EOF)
        putchar(c);
    
    return 0;
}

問題是這樣的:程式交回控制給作業系統之前C執行庫必須進行清理工作,其中一部分是重新整理輸出緩衝,但是此時main函式已經執行完畢,buf緩衝區作用域在main函式中,此時buf字元陣列已經釋放,導致輸出詭異亂碼。

解決方案:可以將buf設定為static,或者全域性變數,或者呼叫malloc來動態申請記憶體。

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下面來看看幾種流行的緩衝區清空方法

  • fflush(stdin);式

由C99標準文件中:

If stream points to an output stream or an update stream in which the most recent
operation was not input, the fflush function causes any unwritten data for that stream
to be delivered to the host environment to be written to the file; otherwise, the behavior is
undefined.

可以看出fflush對輸入流為引數的行為並未定義。但由MSDN上的fflush定義:

If the file associated with stream is open for output, fflush writes to that file the 
contents of the buffer associated with the stream. If the stream is open for input, 
fflush clears the contents of the buffer. 

可以看出fflush(stdin)在VC上還是有效地!鑑於各編譯器對fflush的未定義行為實現不一樣,不推薦使用fflush(stdin)重新整理輸入緩衝區。

  • setbuf(stdin, NULL);式

由前面對setbuf函式的介紹,可以得知,setbuf(stdin, NULL);是使stdin輸入流由預設緩衝區轉為無緩衝區。都沒有緩衝區了,當然緩衝區資料殘留問題會解決。但這並不是我們想要的。

  • scanf(“%*[^\n]”);式(《C語言程式設計 現代方法 第二版》中提到)

這裡用到了scanf格式化符中的“*”,即賦值遮蔽;“%[^集合]”,匹配不在集合中的任意字元序列。這也帶來個問題,緩衝區中的換行符’\n’會留下來,需要額外操作來單獨丟棄換行符。

  • 經典式
int c;
while((c = getchar()) != '\n' && c != EOF);

由程式碼知,不停地使用getchar()獲取緩衝區中字元,直到
獲取的字元c是換行符’\n’或者是檔案結尾符EOF為止。這個方法可以完美清除輸入緩衝區,並且具備可移植性。
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