简记C语言清空输入残留内容
为了在命令行程序中实现和用户的交互，我们编写的程序的运行过程中往往涉及到对标准输入/输出流的多次读写。
在C语言中接受用户输入这一块，有着一个老生常谈的问题：“怎么样及时清空输入流中的数据？”
这也是这篇小笔记的主题内容。
先从缓冲区说起。
缓冲区是内存中划分出来的一部分。通常来说，缓冲区类型有三种：
- 全缓冲
- 行缓冲
- 无缓冲
行缓冲
在C语言中缓冲区这个概念的存在感还是挺强的，比较常用到的缓冲区类型则是行缓冲了，如标准输入流 stdin 和标准输出流 stdout一般（终端环境下）就是在行缓冲模式下的。
行缓冲，顾名思义，就是针对该缓冲区的I/O操作是基于行的。
-
在遇到换行符前，程序的输入和输出都会先被暂存到流对应的缓冲区中
-
而在遇到换行符后（或者缓冲区满了），程序才会进行真正的I/O操作，将该缓冲区中的数据写到对应的流 (stream) 中以供后续读取。
就标准输入stdin而言，用户的输入首先会被存到相应的输入缓冲区中，每当用户按下回车键输入一个换行符，程序才会进行I/O操作，将缓冲区暂存的数据写入到stdin中，以供输入函数使用。
而对标准输出stdout来说，输出内容也首先会被暂存到相应的输出缓冲区中，每当输出数据遇到换行符时，程序才会将缓冲区中的数据写入stdout，继而打印到屏幕上。
这也是为什么在缓冲模式下，输出的内容不会立即打印到屏幕上：
#include <stdio.h>
int main()
{
// 设置缓冲模式为行缓冲，缓冲区大小为10字节
setvbuf(stdout, NULL, _IOLBF, 10);
fprintf(stdout, "1234567"); // 这里先向stdout对应的缓冲区中写入了7字节
getchar(); // 这里等待用户输入
printf("89"); // 再向stdout对应的缓冲区中写入了2字节
getchar(); // 接着等待用户输入
printf("Print!"); // 再向stdout对应的缓冲区中写入了6字节
getchar(); // 最后再等待一次用户输入
return 0;
}
运行效果：
可以看到，直到执行到第二个getchar()时，屏幕上没有新的输出。
而在执行了printf("Print!")之后，输出缓冲区被填满了，输出缓冲区中现有的10字节的数据被写入到stdout中，继而才在屏幕上打印出123456789P。
缓冲区内容被读走后，剩余的字符串rint!接着被写入输出缓冲区。程序运行结束后，输出缓冲区中的内容会被全部打印到屏幕上，所以会在最后看到rint!。
C语言中常用的输入函数
输入函数做的工作主要是从文件流中读取数据，亦可将读取到的数据储存到内存中以供后续程序使用。
基于字符
// 从给定的文件流中读一个字符 (fgetc中的 f 的意思即"function")
int fgetc( FILE *stream );
// 同fgetc，但是getc的实现*可能*是基于宏的
int getc( FILE *stream );
// 相当于是getc(stdin)，从标准输入流读取一个字符
int getchar(void);
// 返回获取的字符的ASCII码值，如果到达文件末尾就返回EOF（即返回-1）
基于行
// 从给定的文件流中读取(count-1)个字符或者读取直到遇到换行符或者EOF
// fgets中的f代表“file”，而s代表“string”
char *fgets( char *restrict str, int count, FILE *restrict stream );
// 返回指向字符串的指针或者空指针NULL
格式化输入
// 按照format的格式从标准输入流stdin中读取所需的数据并储存在相应的变量中
// scanf中的f代表“format”
int scanf( const char *restrict format, ... );
// 按照format的格式从文件流stream中读取所需的数据并储存在相应的变量中
// fscanf中前一个f代表“file(stream)”，后一个f代表“format”
int fscanf( FILE *restrict stream, const char *restrict format, ... );
// 按照format的格式从字符串buffer中截取所需的数据并储存在相应的变量中
// sscanf中的第一个s代表“string”，字符串
int sscanf( const char *restrict buffer, const char *restrict format, ... );
// 返回一个整型数值，代表成功根据格式赋值的变量数（arguments）
最常到的输入流问题
先来个不会出问题的示例：
#include <stdio.h>
int main()
{
char test1[200];
char test2[200];
char testChar;
printf("Input a Character: \n");
testChar = getchar();
fprintf(stdout, "Input String1: \n");
scanf("%s", test1);
fprintf(stdout, "Input String2: \n");
scanf("%s", test2);
printf("Got String1: [ %s ]\n", test1);
printf("Got String2: [ %s ]\n", test2);
printf("Got Char: [ %c ]\n", testChar);
return 0;
}
运行效果：
出问题的示例：
#include <stdio.h>
int main()
{
char test[200];
char testChar1, testChar2, testChar3;
fprintf(stdout, "Input String: \n");
scanf("%3s", test);
printf("[1]Input a Character: \n");
testChar1 = getchar();
printf("[2]Input a Character: \n");
testChar2 = fgetc(stdin);
printf("[3]Input a Character: \n");
testChar3 = getchar();
printf("Got String: [ %s ]\n", test);
printf("Got Char1: [ %c ]\n", testChar1);
printf("Got Char2: [ %c ]\n", testChar2);
printf("Got Char3: [ %c ]\n", testChar3);
return 0;
}
运行效果：
因为我将格式设置为了%3s，所以scanf最多接收包含三个字符的字符串。
在这个示例中，我按要求输入了一条字符串Hello，并按下回车输入一个换行符，缓冲区数据Hello\n被写入到了stdin中。而scanf只从标准流stdin中读走了Hel这一部分字符串。
此时，标准流stdin中实际上还剩3个字符：
lo\n(回车输入的换行符)
于是接下来三次针对字符的输入函数只会分别从stdin中取走这三个字符，而不会等待用户输入，这就没有达到我想要的效果。
在基本的命令行程序中很容易遇到这类问题，这也是为什么需要及时清空输入流stdin中的数据。
如何处理残余内容
💡 以下内容假设stdout和stdin两个标准流都是在行缓冲模式下的。
标准输出流stdout
虽然本文主要是写输入流，但这里我还是掠过一下标准输出流stdout。C语言标准库中提供了一个用于刷新输出流缓冲区的函数：
int fflush( FILE *stream );
// 如果成功了，返回0，否则返回EOF(-1)
要清空标准输出流对应的缓冲区，只需要使用fflush(stdout)即可。上面的这个例子可以修改成这样：
#include <stdio.h>
int main()
{
// 设置缓冲模式为行缓冲，缓冲区大小为10字节
setvbuf(stdout, NULL, _IOLBF, 10);
fprintf(stdout, "1234567"); // 这里先向stdout对应的缓冲区中写入了7字节
fflush(stdout); // 刷新缓冲区，将缓冲区中的数据写入到标准输出流中
getchar(); // 这里等待用户输入
printf("89"); // 再向stdout对应的缓冲区中写入了2字节
fflush(stdout);
getchar(); // 接着等待用户输入
printf("Print!"); // 再向stdout对应的缓冲区中写入了6字节
getchar(); // 最后再等待一次用户输入
return 0;
}
运行效果：
可以看到，加入fflush(stdout)后，输出缓冲区的内容会被及时写入stdout中，继而打印到屏幕上。
值得注意的是，fflush(stdin)的行为是未定义（不确定）的：
For input streams (and for update streams on which the last operation was input), the behavior is undefined.
不同平台的编译器对此有不同的解释。
-
比如在Windows平台上，无论是
VC6.0这种目前一些学校教学还在使用的古董编译器，还是gcc 8.x.x，大体还是支持通过这种操作清空输入流的。 -
但是在Linux平台上的
gcc编译器就不买账了，是不支持fflush(stdin)这种操作的。
因此，尽量避免fflush(stdin)这种写法，这十分不利于代码的可移植性。
标准输入流stdin
上面提到因为可移植性要避免fflush(stdin)这种写法，接下来记录一下可移植性高的写法。
接受格式化输入时去除多余空白符
这一种其实用的比较少，但我觉得还是得记一下。
whitespace characters: any single whitespace character in the format string consumes all available consecutive whitespace characters from the input. Note that there is no difference between "\n", " ", "\t\t", or other whitespace in the format string.
上面这段解释来自于cppreference，也就是说，格式化字符串中的空白符（如"\n", " ", "\t\t"）会吸收输入字符串中的一段连续的空白符。
也就是说，下面这句格式化输入函数：
scanf(" %c %c",&recvChar1,&recvChar2);
可以从stdin中读取形如 \n a b， \t a b这样的数据。其中a之前的空白符和a与b之间的空白符都会被吸收，scanf得以能准确获取字符a和b。
依靠这个特性，我们可以在接收输入时自动剔除stdin中残留的空白符：
// 因为格式%s不会匹配多余的空白符，这里按回车后，stdin中会残留一个换行符\n
scanf("%s",recvStr);
// 在格式%c前加一个空格，可以吸收掉上面残留的换行符\n，程序便能如预期接受用户输入
scanf(" %c",&recvChar);
然而，这一种方法仅只能剔除多余的空白符。
使用中括号字符集
这个解决方法可以和上面剔除空白符的方法进行结合。
格式化输入有一个说明符 %[set]，它的功能和正则表达式中的中括号[ ]十分类似：
-
其中
set代表一个用于匹配的字符集，一般情况下匹配的是存在字符集中的字符 -
字符集的第一个字符如果是
^，则表示取反，匹配的是不存在于该字符集中的字符 -
可以在中括号中使用短横线
-来表达一个范围，比如%[0-9]代表匹配0-9之间的字符。值得注意的是，对于短横线-，可能在不同编译器之间有不同实现，它是implementation-defined的。
另还有一个说明符 * ，它被称为赋值抑制或赋值屏蔽符。如字面意思，在%引导的格式转换字串中如果包含*，这个格式匹配的内容不会被赋给任何变量。
于是，可以给出如下的语句：
// 星号 * 代表不会把匹配到的内容赋给变量，相当于“吸收”掉了
// [^\n] 代表除了换行符外一律匹配
scanf("%*[^\n]");
因为用户结束一次输入的标志通常是按回车输入一个换行符，残留的内容往往末尾是一个换行符。上面这句的原理就是吸收掉stdin中所有的残余字符，直至达到最后一个字符，也就是换行符。
然而，换行符不会被上面这句所吸收，所以在接下来的输入中只需要忽略stdin中的残余空白符即可（换行符就是空白符之一）：
scanf("%*[^\n]");
scanf(" %c",&recvChar);
这种方法已经可以解决一般情况下的输入残余问题，不过在后续接受格式化输入时还得忽略换行符\n，还是有点麻烦。
循环取走残余字符
这一种方法能在清除残余时顺便吸收掉末尾的换行符\n。
取字符需要用到取单个字符的输入函数，这里为了方便，选用的是getchar()。
一般情况下可以这样写：
// getchar() 会从 stdin 中取走一个字符
while(getchar() != '\n')
;
（使用前提：stdin中有残余）
while循环会一直进行，直至getchar()取到的字符为换行符\n为止，这样就可以顺带吸收掉末尾的换行符了，能相对完美地清除掉stdin中的残余内容。
（在行缓冲模式下，用户的一次输入通常以一个换行符结束）
不过咧，还可以考虑更周全点。在getchar()获取字符失败的时候会返回EOF，但此时并不满足while循环的退出条件，对此可以再完善一下：
// 临时储存字符
// 之所以是整型(int)，是因为EOF是一个代表 负值整型（通常为-1） 的宏
int tempChar;
// tempChar=getchar()这种赋值语句本身的返回值就是所赋的值
while ((tempChar = getchar()) != '\n' && tempChar != EOF)
;
这样一来，当getchar()失败时，程序执行就会跳出循环。
综上，针对stdin中的残余内容的清除，最建议采用的便是最后这种处理方法。
不过其他的方法也是可以在一些场景中使用的，这就见仁见智了...
什么时候会返回EOF
这里提一个题外的点：什么时候getchar()会返回EOF？再进一步想，什么时候程序会认为标准流stdin达到了文件流末尾？
实际上，这里的EOF往往是用户输入的一个特殊二进制值[3]，输入方式：
-
在Windows系统下是 Ctrl + Z（F6应该也行）
-
在Linux下是 Ctrl + D
当用户在输入中发送EOF时，标准流stdin就会被标记为EOF，因此getchar()就会获取字符失败而返回EOF。
// 测试用代码
#include <stdio.h>
int main()
{
char testChar;
fprintf(stdout, "Input Char: \n");
testChar = getchar();
if (testChar == EOF)
{
printf("Received EOF\n");
}
else
{
printf("Received a char\n");
}
return 0;
}
EOF在C语言中是一个宏，定义在头文件stdio.h中，其值为一个负值的整型（并不一定是 -1），因此上面用tempChar != EOF来判断getchar()失败。
处理残余的语句放在哪里
现在咱已经搞清楚了清除残余的代码，那么这些代码该放在哪呢？
对于标准输出流stdout来说，fflush语句往往放在输出函数执行完成之后，以立刻将输出内容打印到屏幕上：
printf("Hello ");
printf("World!\n");
fflush(stdout);
当然，如果嫌麻烦可以在输出前直接通过setbuf关闭stdout的缓冲：
setbuf(stdout, NULL);
对于标准输入流stdin来说，处理残余的语句往往放在每次输入函数执行之后，以及时清理流中残余内容：
int c;
char testChar1, testChar2;
scanf("%*s"); // * 用于屏蔽赋值
while ((c = getchar()) != '\n' && c != EOF)
;
testChar1 = getchar();
while ((c = getchar()) != '\n' && c != EOF)
;
scanf("%c", &testChar2);
当然，这样就显得有点冗余了。
实际上可以将清除的语句封装进函数或者定义为宏（不过确实不太建议定义为宏），这样也更便于维护。
总结
之前浏览了很多相关文章，标题和内容大多都写着“清空输入缓冲区”。现在想一下，这样写可能是不对的，因为实际我清空的是标准输入流stdin中的残留内容。在用户输入完成（输入换行符）的那一刻，输入缓冲区实际上就已经被清空了。
也就是说，标准流和对应的缓冲区要辨别清楚，二者不是同一个概念（一个stream一个buffer），千万不能混淆了。
最后，感谢你看到这里~
本笔记可能还是有错误出现，也请各位多指教！
