学嵌入式C语言，看这一篇就够了(4)

C语言的输入输出

C语言标准在发布的同时，ANSI构造同时也一起发布了和C语言相关的函数库，也就是标准C库，标准C库集成了很多的API函数接口，比如常用的输入和输出函数就是标准C库提供的
用户如果打算利用标准C库的函数，就必须要包含函数库对应的头文件，比如输入输出函数对应的头文件就叫做stdio.h

• stdio指的是Standard Input Output（标准输入输出）
  
• 在linux体系下stdio.h的位置在 /usr/include/stdio.h
  

格式化输出

一般标准C库中提供了很多关于输出的函数接口，其中最常用的就是printf()函数

（1）标记说明

（2）字符宽度

（3）转换精度

（4）长度修饰

注意：计算机内部存储多字节的数据时会涉及到大端小端，差别的处置处罚器架构采用的模式是差别的，一般X86架构采用小端模式，ARM架构一般采用大端模式（但是并不绝对）！！！！！！

1. 一般用union可以简单判断系统大小端

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1. /*****************************************************************
2. *
3. *   file name : endian.c
4. *   author    : 18408107475@163.com
5. *   date      : 2023/02/06
6. *   function  : 判断系统是大小端
7. *   note      : None
8. *
9. *   CopyRight (c) 2023  18408107475@163.com   All Right Reseverd
10. ******************************************************************/
11. #include <stdio.h>
13. /*
14.     联合体共用一块地址，对 int a 赋值时也能对 char b 赋值
15. */
16. union Endian
17. {
18.     int a;      //4个byte → 32bits → 0x00000000 → 0x12345678
19.     char b;     //1byte → 8bits → 0x00 → 0x？？
20. }u;
22. int main()
23. {
24.     u.a = 0x12345678;
25.    
26.     if(u.b == 0x78){
27.         printf("当前系统是小端序(Little - endian)\n");
28.         printf("%#x\n",u.b);
29.     }else{
30.         printf("当前系统是大端序(Big - endian)\n");
31.     }
33.     return 0;
34. }

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（5）转换说明

（6）转义字符

在利用printf函数输出字符串时，用户可能需要输出一些转义字符 ‘\n’以及’\t’是比较常用的。
注意有的时候是需要把一些特别字符当做普通字符输出，比较 “” ，可以把 \” 和 \” 输出
（7）输出结果

重点：返回的是打印的字符个数（不包括 \0 ，因为输出遇到 \0 就结束了）

• Quesion1：分析程序，答出程序的运行效果
  

1. #include <stdio.h>
3. int main()
4. {
5.     int i = 43;
7.     printf("%d\n",printf("%d",printf("%d",i)));
9.     return 0;
10. }

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• Answer1:
  

1. 最内层 printf("%d", i) 输出 43，该函数返回值为输出字符数 2（字符 4 和 3 共 2 个）
2. 中间 printf("%d", ...) 接收内层返回值 2，输出 2，此函数返回值为 1（字符 2 共 1 个）
3. 最外层 printf("%d\n", ...) 接收中间返回值 1，输出 1 并换行
4. 最终输出结果为：
5. 4321（换行符也会生效，实际显示为 4321\n，但通常表现为下一行开始新内容）

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• Quesion2：程序为什么是下面的运行效果？回答：从计算机组成原理的角度，工作服从问题
  
  
  
  
• Answer2:
  

1. 这是标准输出缓冲机制导致的差异：
2. 左图程序：printf("hello") 无换行符 \n，输出先存入缓冲区，未立即显示。程序执行 sleep(5) 时，缓冲区未刷新，直到程序结束前缓冲区内容才被刷新输出，接着执行后续代码输出 world，最终 “hello” 和 “world” 一起显示
3. 右图程序：printf("hello\n") 含换行符 \n，会触发缓冲区刷新，“hello” 立即显示。执行 sleep(5) 延时后，再输出 “world\n”，“world” 也正常显示

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C语言标准输入输出缓冲区
计算机的CPU的性能好，所以CPU的执行服从高，但是计算机的输入设备和输出设备的服从低，所以CPU为了提高工作服从，要低落访问输入输出设备的次数

根据IO设备的差别，可以把缓冲区分为输入缓冲区和输出缓冲区，同样，根据刷新形式的差别，可以把缓冲区分为三种：全缓冲、行缓冲、无缓冲

1. 全缓冲：指的是当缓冲区被填满就立即把数据冲刷到文件、或者在关闭文件、读取文件内容以及修改缓冲区类型时也会立即把数据冲刷到文件，一般读写文件的时候会采用
3. 无缓冲：指的是没有缓冲区，直接输出，一般linux系统的标准出错stderr就是采用无缓冲，这样可以把错误信息直接输出
5. 行缓冲：指的是当缓冲区被填满（一般缓冲区为4KB，就是4096字节）或者缓冲区中遇到换行符’\n’时，或者在关闭文件、读取文件内容以及修改缓冲区类型时也会立即把数据冲刷到文件中，一般操作IO设备时会采用，比如printf函数就是采用行缓冲

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• Quesion3:
  

1. 如果在使用printf函数输出字符串的时候忘了添加结束标志’\n’，并且没打算输出太多字符，请问此时要输出的字符串会不会输出？

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• Answer3:
  

1. 可以输出，当程序结束时会自动刷新缓冲区，如果输入缓存区中存在数据则被丢弃，如果输出缓存区存在数据，则会输出

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• Quesion4:
  

1. 如果在使用printf函数输出字符串的时候忘了添加结束标志’\n’，并且没打算输出太多字符，并且程序永远不退出，请问此时要输出的字符串会不会输出？

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• Answer4:
  
  
  
  

1. 不会输出，因为不满足刷新条件

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注意：用户可以选择手动刷新缓冲区，可以调用标准C库中的fflush()函数接口

注意：不要利用fflush函数区刷新输入缓冲区(stdin) ，因为一般编译器是不支持该操作！！！

• Quesion5:查阅资料，了解输入输出缓存区为什么一般是4KB大小？ 提示：涉及到linux的内存分页机制
  
• Answer5:
  

1. 首先，Linux 内存管理的分页机制，传统页大小是 4KB。缓冲区设为 4KB，读写时能与内存页匹配，减少 IO 次数。每次读写一个页大小，提升效率，减少系统调用开销。另外，硬件和系统设计的兼容性，4KB 是常见页大小，缓冲区适配这个尺寸，让数据传输更高效，减少碎片，优化缓存利用。现在组织这些点，形成清晰解析。
3. 在 Linux 中，输入输出缓冲区设为 4KB 主要与内存分页机制相关：
4. 1.内存页大小适配：Linux 传统内存页大小为 4KB，缓冲区大小与内存页对齐，可减少 I/O 操作次数。程序读写数据时，按 4KB 块操作，一次读写刚好对应一个内存页，提升数据传输效率。
5. 2.降低系统调用开销：若缓冲区过小，需频繁触发系统调用完成数据读写；4KB 大小减少了调用次数，降低 CPU 与磁盘交互的开销。
6. 3.硬件与系统协同优化：4KB 是硬件和操作系统长期协同的结果，适配磁盘等设备的读写单元，减少数据碎片化，让缓存机制更高效利用内存空间。

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格式化输入

用户会利用标准输入设备（键盘）写入数据，所以标准C库提供了一个输入函数scanf()，作用是把数据流写入到内存中

• scanf指的是scan format(格式化扫描)，用法类似于printf函数
  

注意：如果在scanf的字符串中利用了多个转换说明符，则输入的数据范例必须个转换范例一一对应
匹配字符

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