Ввод-вывод в C: stdio.h, потоки stdin/stdout/stderr, функции getchar/putchar, gets/puts, scanf/printf

Концепция потоков (streams)

В C все устройства ввода-вывода представлены как потоки байтов. Три стандартных потока открываются автоматически при запуске программы:

Поток	Файловый указатель	Устройство по умолчанию	Назначение
Стандартный ввод	stdin (FILE*)	Клавиатура	Чтение данных
Стандартный вывод	stdout	Экран (терминал)	Вывод результатов
Стандартный вывод ошибок	stderr	Экран (терминал)	Вывод диагностики/ошибок

stdin, stdout, stderr — макросы, расширяющиеся в выражения типа FILE*. Определены в <stdio.h>.

Буферизация

• Полная буферизация (fully buffered): данные накапливаются в буфере до заполнения (обычно 4-8 КБ). Файлы на диске.
• Построчная буферизация (line buffered): сброс при \n. stdout в терминале.
• Без буферизации (unbuffered): каждый символ сразу. stderr.

Управление: setbuf(), setvbuf(), fflush() (принудительный сброс).

Симвловой ввод-вывод

int getchar(void)

Читает один символ из stdin. Возвращает int (символ как unsigned char или EOF — обычно -1).

int c;
while ((c = getchar()) != EOF) {
    putchar(c); // эхо
}

int putchar(int c)

Пишет символ (младший байт c) в stdout. Возвращает записанный символ или EOF при ошибке.

Строчный ввод-вывод

char *fgets(char *s, int n, FILE *stream) — РЕКОМЕНДУЕТСЯ

Читает до n-1 символов или до \n (включительно) или EOF. Добавляет \0. Возвращает s или NULL (EOF/ошибка).

char line[256];
while (fgets(line, sizeof(line), stdin)) {
    // line содержит \n в конце (если поместилось)
    fputs(line, stdout);
}

int fputs(const char *s, FILE *stream)

Пишет строку s (без автоматического \n) в поток. Возвращает неотрицательное при успехе, EOF при ошибке.

gets() — УДАЛЕНА В C11 (ОПАСНА!)

Не проверяет границы буфера → переполнение. Никогда не используйте. Замените на fgets().

Форматированный ввод-вывод: scanf / printf

printf — форматированный вывод

int printf(const char *format, ...);
int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...);
int sprintf(char *buf, const char *format, ...);
int snprintf(char *buf, size_t n, const char *format, ...); // БЕЗОПАСНЫЙ!

Основные спецификаторы формата

Спецификатор	Тип аргумента	Вывод
%d, %i	int	Знаковое десятичное
%u	unsigned int	Беззнаковое десятичное
%ld, %lld	long, long long	Длинные знаковые
%zu	size_t	Размер (беззнаковый)
%f	double (float промоутится)	Фиксированная точка: 123.456
%e, %E	double	Научная: 1.23e+02
%g, %G	double	Кратчайшее из %f/%e
%c	int (char)	Символ
%s	const char*	Строка (до \0)
%p	void*	Указатель (hex)
%%	—	Литерал %

Флаги, ширина, точность

%10d      // ширина 10, выравнивание вправо
%-10d     // ширина 10, выравнивание влево
%010d     // ширина 10, заполнение нулями
%.2f      // 2 знака после запятой
%10.2f    // ширина 10, 2 знака после запятой
%.*f      // точность из аргумента: printf("%.*f", 3, 1.23456) → "1.235"
%*d       // ширина из аргумента

scanf — форматированный ввод

int scanf(const char *format, ...);
int fscanf(FILE *stream, const char *format, ...);
int sscanf(const char *str, const char *format, ...);

Важные правила scanf

• Аргументы — указатели: scanf("%d", &x).
• Пропускает whitespace (пробелы, табы, \n) перед %d, %f, %s... НЕ пропускает перед %c, %[...], %n.
• %s читает до whitespace! Не читает строку с пробелами. Используйте %99[^\n] или fgets.
• Всегда проверяйте возвращаемое значение (число успешно прочитанных элементов).
• Безопасность: для %s всегда указывайте ширину: %99s (буфер 100).

Примеры scanf

int a; float b; char name[50];
scanf("%d %f", &a, &b);           // два числа
scanf("%49s", name);              // слово (до пробела), макс 49 символов
scanf(" %49[^\n]", name);         // строка до \n (пробел перед % съедает \n от прошлого ввода)
int n; scanf("%d%n", &a, &n);     // %n — записывает число прочитанных символов

Бинарный ввод-вывод

size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);
size_t fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);

Читают/пишут блоки памяти (массивы, структуры). Возвращают число прочитанных/записанных элементов.

struct Record { int id; double val; } rec;
fwrite(&rec, sizeof(rec), 1, fp); // запись структуры
fread(&rec, sizeof(rec), 1, fp);  // чтение

Внимание: бинарные файлы непереносимы (endianness, padding, размер типов). Для переносимости используйте сериализацию (JSON, protobuf, свой формат).

Работа с файлами (кратко, подробнее в следующей статье)

FILE *fp = fopen("file.txt", "r"); // "r", "w", "a", "r+", "w+", "a+", "rb", "wb"...
if (!fp) { perror("fopen"); return 1; }

// чтение/запись через fgetc, fgets, fscanf, fprintf, fread, fwrite...

fclose(fp); // обязательно! сбрасывает буферы, закрывает дескриптор

Обработка ошибок

• Проверяйте возвращаемые значения всех функций ввода-вывода.
• ferror(fp) — флаг ошибки потока.
• feof(fp) — флаг EOF (устанавливается после неудачной попытки чтения ПОСЛЕ конца).
• clearerr(fp) — сброс флагов.
• perror("msg") — печатает msg: системное_сообщение_об_ошибке в stderr.
• errno (из <errno.h>) — код последней ошибки.

Пример: копирование файла с буферизацией

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc, char *argv[]) {
    if (argc != 3) {
        fprintf(stderr, "Usage: %s  \n", argv[0]);
        return 1;
    }
    FILE *in = fopen(argv[1], "rb");
    if (!in) { perror(argv[1]); return 1; }
    FILE *out = fopen(argv[2], "wb");
    if (!out) { perror(argv[2]); fclose(in); return 1; }

    char buf[4096];
    size_t n;
    while ((n = fread(buf, 1, sizeof(buf), in)) > 0) {
        if (fwrite(buf, 1, n, out) != n) {
            perror("write error");
            break;
        }
    }
    if (ferror(in)) perror("read error");

    fclose(in);
    fclose(out);
    return 0;
}