scanf()和getchar()在循环中出现的输入问题研究_getchar实现循环中等待的问题-CSDN博客

本文链接：https://blog.csdn.net/Rachelint/article/details/104446856

本文探讨了在C语言中，scanf()和getchar()在循环中遇到的输入问题。当输入非预期字符时，scanf()可能导致循环无法正常中断，而getchar()则可能因' '字符导致提前结束输入。解决方案包括理解和利用输入流的状态以及避免内核缓冲区的残留。通过实验和源码阅读，澄清了setbuf()在无缓冲模式下的工作原理，并提出了解决这些问题的方法。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

1. scanf()在循环中出现的问题

下面这段代码，如果一开始就输入字符d这样非数字的话，那么会直接执行完剩余9次循环，
用户不再有输入的机会。

	int unused;
    for (size_t i = 0; i < 10; i++)
    {
        printf("please press any key to continue:\n");
        scanf("%d", &unused);
	}

我猜测是标准IO函数流缓冲区的问题(详见apue第五章)，可能不合格式的字符采用类似ugetc()的方法丢回了流缓冲中，于是不断重复读取丢弃的智障行为，于是我试着关闭了流缓冲。然而问题仍然存在，情况和之前一样。所以，这和标准IO的缓冲无关，也就是用户态的缓冲无关，那只能是和内核态有关了，暂时还没想到怎么研究，只能看源码了吧。

    setbuf(stdin, NULL);
    int unused;
    for (size_t i = 0; i < 10; i++)
    {
        printf("please press any key to continue:\n");
        scanf("%d", &unused);
    
    }

虽然其具体机理暂时不清楚，我试着将缓冲改为自定义的缓冲，至少探究一下缓冲内部是怎么变化的吧。输出了一下读指针的偏移情况，以及缓冲中内容。暂时的结论是：

在scanf()函数的开始，应该会有一种将读指针移到缓冲区开头的操作；
推测scanf()内部机制可能是这样的，
- 如果输入例如1234a这样的字符串，a会被用类似ugetc()的机制返回；
- stdin文件中仍然有内容未被读取，所以用户没机会再次输入，
  
  scanf()内部的缓冲和读指针也不会进行更新。可能是这样的，
  
  不向内核发送read请求，并且读指针也不重置；
- 不断尝试读取，直到循环结束；
我认为应该存在相关的机制，来记录stdin在内核缓冲区中关于上一次循环输入是否已经读取完，

因为即使关闭了scanf()内部的用户态缓冲也无济于事。

void pBuf(char* buf, int size)
{
    for (int i = 0; i < size; ++i)
    {
        printf("%c", buf[i]);
    }
}

void scanfTest1()
{
    char buf[64];
    setvbuf(stdin, buf, _IOFBF, 64);
    int unused;
    for (size_t i = 0; i < 5; i++)
    {
        printf("round %ld\n", i);
        scanf("%d", &unused);
        pBuf(buf, 16);
        printf("\n");
    }
}

void readOffset(FILE* fp)
{
    printf("src_IO_read_ptr: %ld\n", fp->_IO_read_ptr - fp->_IO_buf_base);
}

void scanfTest2()
{
    int unused;
    for (size_t i = 0; i < 5; i++)
    {
        printf("round %ld\n", i);
        readOffset(stdin);
        scanf("%d", &unused);
        readOffset(stdin);
        printf("\n");
    }
}

please press any key to continue:
1234
the ctx in buf:
1234

please press any key to continue:
3
the ctx in buf:
3
34

round 0
src_IO_read_ptr: 0
1234
src_IO_read_ptr: 4

round 1
src_IO_read_ptr: 4
123a
src_IO_read_ptr: 3

round 2
src_IO_read_ptr: 3
src_IO_read_ptr: 3

round 3
src_IO_read_ptr: 3
src_IO_read_ptr: 3

round 4
src_IO_read_ptr: 3
src_IO_read_ptr: 3

那么，扯了那么多，有没有解决方法呢？其实解决起来蛮简单的。其实我们可以完全忽略什么缓冲什么用户内核之类的…就以平时打开文档之后的光标和文件内容去理解就行，这种视图下，scanf()的机制类似于：

如果光标所在的字符符合要求，就读取，并且光标向前移动；

如果光标所在的字符不符合要求，就不读取，并且不向前移动；
如果上一轮读取时，光标移动到了末尾，则把文件内容全部清楚，让用户重新输入；

如果上一轮读取时，光标并没有移动到末尾，则不把文件内容清楚，并且光标位置不变，

继续往下读取；

所以，只要能做到上一轮的输入被完全读取就行了，既然输入的全是字符，那么用getchar()也就能全部接收了。如果就是相当于输出流中的fflush()，但是输入流没有相应的函数，VS2015之前的VC是有这个扩展的，但这在C标准中是未定义的，gcc中就没扩展，所以不建议使用。具体的实现如下：

void stdin_fflush()
{
    int c;
    while ('\n' != (c = getchar()) && EOF != c);
}

2.getchar()在循环中出现的问题

getchar()在循环中会出现，循环10次，但只让你输入5次这样的问题。究其原因就是’\n’也是一个字符，getchar()把’\n’也当成输入了，感觉真蠢…同样的，用setbuf()关闭缓冲也同样解决不了问题。总的来说，就是跟scanf()一样，“文件”中有残留，所以“文件”被读完之前，不会清空让你重新输入，也可以用光标和文件内容来理解，忽略掉各种缓冲区，毕竟这些内部机理本来就是应该被隐藏的。但是不同的是，由于getchar()可以接受所有字符，所以无论怎样，只要循环次数足够多，最后还是能把"文件内容"吃干净的。

解决方法和scanf()是一样的。

先输出缓冲看一下情况吧。

    char buf[64];
    memset(buf, 0, 64);
    setvbuf(stdin, buf, _IOFBF, 64);
    for (size_t i = 0; i < 10; i++)
    {
        printf("please press any key to continue:\n");
        getchar();
        printf("the ctx in buf:\n");
        pBuf(buf, 16);
        printf("\n");
    }

可以看到，和scanf()一样，当读完之后，缓冲区读指针被重置，发送read()请求得到新内容覆盖进缓冲区中。

please press any key to continue:
afdd
the ctx in buf:
afdd

please press any key to continue:
the ctx in buf:
afdd

please press any key to continue:
the ctx in buf:
afdd

please press any key to continue:
the ctx in buf:
afdd

please press any key to continue:
the ctx in buf:
afdd

please press any key to continue:
a
the ctx in buf:
a
dd

please press any key to continue:
the ctx in buf:
a
dd

3.深入、补充、纠正

相关里另一篇文章中提到了MINGW的getchar()实现，我对相关源码进行了一番阅读并实验，发现我上面的理解存在错漏：

setbuf(stdin, NULL)的所谓无缓冲，并不会真正的无缓冲，只不过缓冲大小为1byte而已。真正无缓冲是做不到的，因为get相关函数都是封装系统调用read()而来，read()负责将内核缓冲区的数据写到用户态缓冲中，所以至少需要1byte大小的地方放着；
根据相关源码，其实原理就是一开始想的那么简单…
- 流缓存从内核缓存拉取数据；
- scanf()、getchar()等标准输入函数从流缓存拉取数据；
- 当流缓存中数据耗完了，就再向内核缓存拉取数据，并重置读指针到开头；

根据原理，设计了一个实验，如果不断setbuf(stdin，NULL)呢？这样应该就会不断丢弃已经缓存中的内容，并从内核缓存中不断逐个字符地拉取新内容，直到键盘输入的内容耗尽为止。实验结果符合猜想。

	    int unused = 42;
	    for (size_t i = 0; i < 5; i++)
	    {
	        /* code */
	        printf("Please input:\n");
	        scanf("%d", &unused);
	        setbuf(stdin, NULL);
    	}


//输入abb后，a未被读取仍然留在缓冲因为setbuf()被丢弃，2个b字符和a执行相同操作。
//读取到'\n'字符之后，scanf接收字符并等候后面的输入。
Please input:



1
Please input:
abb
Please input:
Please input:
Please input:
123