C++ 标准库 <cstdio>（长文解析）

C++ 标准库 ：掌握输入输出的基石

在 C++ 编程的世界里，输入输出操作是程序与外界沟通的桥梁。虽然我们常常用 cin 和 cout 来处理数据，但它们背后其实依赖于更底层的机制。今天我们要聊的，正是这个常被忽视却极其重要的组成部分——C++ 标准库 <cstdio>。

你可能会问：<cstdio> 和 iostream 有什么区别？简单来说，<cstdio> 提供的是 C 风格的输入输出函数，比如 printf 和 scanf，它们效率高、格式控制灵活，尤其适合处理大量数据或需要精确控制输出格式的场景。而 iostream 更偏向面向对象，使用流操作符，更适合初学者快速上手。

但别误会，<cstdio> 并不是过时的技术。相反，它在嵌入式开发、高性能计算、文件处理等场景中依然占据重要地位。掌握它，不仅让你的代码更具选择性，还能帮助你理解底层 I/O 的工作原理。

接下来，我们就从基础用法讲起，一步步深入 <cstdio> 的核心功能。

格式化输出：printf 的强大之处

printf 是 <cstdio> 中最核心的函数之一，它的作用是按照指定格式输出数据到标准输出（通常是控制台）。它不像 cout 那样依赖流操作符，而是通过格式字符串来控制输出内容。

基本语法与占位符

#include <cstdio>

int main() {
    int age = 25;
    double salary = 7500.50;
    char name[] = "张三";

    // 使用 printf 输出不同类型的数据
    printf("姓名：%s，年龄：%d，月薪：%.2f 元\n", name, age, salary);

    return 0;
}

代码注释：

• printf 的第一个参数是格式字符串，其中 %s 表示字符串类型，%d 表示整数，%.2f 表示浮点数并保留两位小数。
• \n 是换行符，确保输出后光标下移。
• 多个变量按顺序传递，与格式符一一对应，顺序不能错。

💡 小贴士：%.2f 中的 .2 指定小数点后保留两位，如果你写成 %.0f，结果就是整数形式（如 7500），这在财务计算中非常实用。

常见格式符对照表

这个表格是学习 printf 的必备参考。记住：格式符必须与变量类型匹配，否则可能引发未定义行为。

格式化输入：scanf 的精准控制

如果说 printf 是“说”，那么 scanf 就是“听”。它从标准输入（通常是键盘）读取数据，并根据格式字符串解析成对应类型。

#include <cstdio>

int main() {
    int age;
    double height;
    char name[50];

    // 从用户输入读取数据
    printf("请输入你的姓名、年龄和身高：\n");
    scanf("%s %d %lf", name, &age, &height);

    // 输出读取结果
    printf("你好，%s！你今年 %d 岁，身高 %.1f 米。\n", name, age, height);

    return 0;
}

代码注释：

• scanf 的第一个参数是格式字符串，与 printf 类似。
• 传递变量时要加取地址符 &（如 &age），因为 scanf 需要直接修改内存值。
• "%s" 用于读取字符串，但要注意缓冲区溢出问题（后续会讲）。
• "%lf" 是 double 类型的正确格式符，别写成 %f（那是 float）。

⚠️ 重要提醒：scanf 不会自动检查输入长度，如果输入的字符串超过缓冲区大小，就会造成缓冲区溢出，这是常见的安全隐患。建议使用 scanf_s（Windows）或 fgets + sscanf 替代。

字符串与字符处理：gets、putchar、getchar

虽然 <cstdio> 提供了基础的字符处理函数，但部分函数已被废弃或存在风险，使用时需格外小心。

使用 getchar 和 putchar 逐字符读写

#include <cstdio>

int main() {
    char ch;

    printf("请输入一个字符：");

    // 逐个读取字符
    ch = getchar();

    // 输出字符
    putchar(ch);
    printf(" 已被读取。\n");

    return 0;
}

代码注释：

• getchar() 从输入流读取一个字符（包括空格和回车），返回 int 类型（因为要能表示 EOF）。
• putchar(ch) 输出一个字符。
• 适合处理字符流，比如过滤输入、统计字符个数等。

警惕 gets 的危险性

#include <cstdio>

int main() {
    char buffer[20];

    printf("请输入一段文字（不超过19个字符）：");
    gets(buffer);  // ❌ 危险！不推荐使用

    printf("你输入的是：%s\n", buffer);

    return 0;
}

代码注释：

• gets 会无限制地读取输入，直到遇到换行符或文件结束符。
• 它不检查目标缓冲区大小，极易导致缓冲区溢出，是安全漏洞的常见来源。
• 强烈建议：改用 fgets(buffer, sizeof(buffer), stdin)，它能指定最大读取长度。

文件操作：fopen、fprintf、fscanf、fclose

<cstdio> 不仅支持控制台输入输出，还能操作文件。这使得它在日志记录、数据持久化等场景中非常有用。

#include <cstdio>

int main() {
    FILE* file = fopen("data.txt", "w");  // 打开文件用于写入

    if (file == NULL) {
        printf("文件打开失败！\n");
        return 1;
    }

    // 写入数据到文件
    fprintf(file, "学号：1001\n");
    fprintf(file, "姓名：李四\n");
    fprintf(file, "成绩：%.1f\n", 89.5);

    fclose(file);  // 关闭文件，释放资源

    // 重新打开文件读取内容
    file = fopen("data.txt", "r");
    if (file == NULL) {
        printf("文件读取失败！\n");
        return 1;
    }

    char line[100];
    while (fgets(line, sizeof(line), file) != NULL) {
        printf("%s", line);
    }

    fclose(file);

    return 0;
}

代码注释：

• fopen 打开文件，模式 "w" 表示写入（会覆盖原内容），"r" 表示只读。
• fprintf 和 fscanf 是 printf 和 scanf 的文件版本。
• fgets 安全读取一行，比 gets 更安全。
• fclose 必须调用，否则可能导致数据丢失或资源泄漏。

💡 实用建议：在实际项目中，建议将文件操作封装成函数，避免重复代码，提升可维护性。

实际应用案例：学生成绩统计程序

我们来写一个完整的程序，演示如何用 <cstdio> 实现学生成绩的读取、处理与输出。

#include <cstdio>
#include <cstring>

#define MAX_STUDENTS 100
#define MAX_NAME_LEN 50

struct Student {
    char name[MAX_NAME_LEN];
    int id;
    double score;
};

int main() {
    Student students[MAX_STUDENTS];
    int n = 0;

    printf("请输入学生人数：");
    scanf("%d", &n);

    // 读取学生信息
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        printf("请输入第 %d 个学生的姓名、学号和成绩：\n", i + 1);
        scanf("%s %d %lf", students[i].name, &students[i].id, &students[i].score);
    }

    // 输出所有学生信息
    printf("\n--- 学生成绩列表 ---\n");
    printf("%-10s %-8s %-8s\n", "姓名", "学号", "成绩");
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        printf("%-10s %-8d %-8.1f\n", students[i].name, students[i].id, students[i].score);
    }

    // 统计平均分
    double total = 0;
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        total += students[i].score;
    }
    double avg = total / n;

    printf("\n平均成绩：%.2f\n", avg);

    return 0;
}

代码注释：

• 使用结构体 Student 封装学生信息，便于管理。
• %-10s 表示左对齐输出，宽度为10个字符，避免字段错位。
• scanf 读取字符串时不加 &，因为数组名本身就是地址。
• 程序逻辑清晰，适合初学者理解“输入-处理-输出”流程。

总结与建议

C++ 标准库 <cstdio> 虽然源自 C 语言，但至今仍是现代 C++ 项目中不可或缺的一部分。它提供了高效、灵活的格式化输入输出能力，尤其适合处理大量数据、文件操作或性能敏感的场景。

通过本文的学习，你应该已经掌握了：

• printf 和 scanf 的基本用法与格式符
• 如何安全地读写文件
• 逐字符输入输出的技巧
• 如何避免缓冲区溢出等常见陷阱

在实际开发中，建议根据场景合理选择工具：简单交互用 cout，复杂格式用 printf，文件操作用 fopen 系列函数。不要盲目追求“现代化”，有时候，老技术恰恰是最可靠的。

记住：理解底层，才能驾驭高级。 深入 <cstdio>，不仅是在学一个库，更是在构建对 C++ I/O 机制的完整认知。

最后，无论你是在写一个小游戏、处理日志文件，还是开发嵌入式系统，<cstdio> 都会是你值得信赖的伙伴。多练习，多思考，你的代码会越来越稳健。