基本概念与头文件

C++和C语言分别使用不同的头文件和方法来处理输入输出（I/O）操作。

C++: <iostream> 流式I/O

<iostream> 是C++标准库中的核心头文件，提供了基于“流”(stream)的输入输出功能。流是一种抽象，代表数据的来源或目的地。

// C++代码中包含头文件
#include <iostream>

// 通常需要配合命名空间使用
using namespace std; // 或者显式使用 std::cin, std::cout

它定义了标准输入流对象 cin (通常关联键盘)、标准输出流对象 cout (通常关联屏幕) 和标准错误流对象 cerr。

C语言: <stdio.h> 或 C++中的 <cstdio> 函数式I/O

C语言使用 <stdio.h> (Standard Input/Output) 头文件提供输入输出功能。在C++程序中，为了兼容性或特定需求，也可以使用其C++版本 <cstdio>。

// C语言代码中包含头文件
#include <stdio.h>

// C++代码中包含C兼容头文件
#include <cstdio>
using namespace std;

它提供了 scanf() (格式化输入) 和 printf() (格式化输出) 等核心函数。

核心区别初探

• C++流式I/O: 面向对象，类型安全（编译器自动推断类型），语法更自然（使用 << 和 >> 操作符），易于扩展自定义类型的I/O。
• C函数式I/O: 面向过程，需要手动指定格式（通过格式字符串），类型匹配需开发者保证，通常认为在简单类型上执行效率稍高（但现代编译器优化后差距缩小）。

虽然可以在C++程序中混合使用两者，但为了代码风格的一致性和可维护性，通常建议在项目中选择一种主要方式。

cin / cout 基本用法

C++使用输入流提取运算符 >> 和输出流插入运算符 << 进行操作。

#include <iostream>
#include <string> // 处理字符串需要包含

using namespace std;

int main() {
    int age;
    double price;
    string name;

    cout << "请输入姓名: "; // 提示用户输入
    cin >> name; // 从cin读取字符串到name (遇空白停止)

    cout << "请输入年龄和价格: ";
    cin >> age >> price; // 链式输入，按顺序读取

    // 链式输出
    cout << "你好, " << name
         << "! 年龄: " << age
         << ", 价格: " << price << endl; // endl 插入换行并刷新缓冲区

    return 0;
}

数据流向示意图

运算符 >> 和 << 的方向形象地表示了数据的流动方向。

格式控制 (<iomanip>)

通过包含 <iomanip> 头文件，可以使用流操纵符来控制输出格式。

#include <iostream>
#include <iomanip>  // 使用setw等需要包含此头文件

using namespace std;

int main() {
    double pi = 3.1415926535;
    int number = 123;

    cout << "默认输出 PI: " << pi << endl;
    // 控制精度和宽度
    cout << "设置精度(4): " << fixed << setprecision(4) << pi << endl; // fixed: 固定小数位数
    cout << "设置宽度(10): [" << setw(10) << pi << "]" << endl; // 默认右对齐
    cout << "左对齐:       [" << left << setw(10) << pi << "]" << endl;
    cout << "填充字符('*'): [" << setfill('*') << setw(10) << right << number << "]" << endl; // right恢复右对齐

    // 控制进制
    cout << "十进制: " << dec << number << endl;
    cout << "十六进制: " << hex << showbase << number << endl; // showbase 显示前缀 0x
    cout << "八进制: " << oct << number << endl;

    return 0;
}

常用操纵符：setw(), setprecision(), fixed, scientific, left, right, setfill(), dec, hex, oct, showbase等。

特性与注意事项

• 类型安全：编译器检查类型，不易出错。
• 自动处理空白：cin >> var; 默认会跳过输入流中的前导空白符（空格、制表符、换行符）。
• 读取整行：使用 getline(cin, str_variable); 读取包含空格的一整行到字符串。注意之前若有 cin >> 操作，可能需要先用 cin.ignore() 清除缓冲区中的换行符。
• 缓冲区：cout 输出通常是缓冲的。endl 会插入换行并刷新缓冲区，而只用 '\n' 仅插入换行符，效率可能更高，但不保证立即显示。
• 错误处理：可以通过检查流的状态（如 if (cin.fail()) { ... }）来判断输入是否成功。

scanf / printf 基本用法

C语言使用 scanf() 读取格式化输入，printf() 进行格式化输出。

#include <stdio.h>

int main() {
    int age;
    double price;
    char name[50]; // C风格字符串需要预定义大小

    printf("请输入姓名: ");
    scanf("%s", name); // 读取字符串，遇空白停止，【注意：有缓冲区溢出风险！】

    printf("请输入年龄和价格: ");
    // 【重要】scanf需要传入变量的地址(&)
    scanf("%d %lf", &age, &price); // %d: int, %lf: double

    // %s: 字符串, %d: 整数, %.2lf: double保留两位小数, \n: 换行
    printf("你好, %s! 年龄: %d, 价格: %.2lf\n", name, age, price);

    return 0;
}

关键点：scanf 需要变量的地址（除了数组名本身代表地址外），而 printf 需要变量的值。

核心：格式字符串

printf 和 scanf 的行为由格式字符串精确控制。格式说明符以 % 开始。

注意scanf中 %f, %lf, %Lf 的区别！

printf 的高级格式控制

可以在 % 和格式符之间加入修饰符来控制宽度、精度、对齐等。

#include <stdio.h>

int main() {
    int num = 42;
    double pi = 3.14159;

    // 宽度与对齐 (默认右对齐)
    printf("宽度5: [%5d]\n", num);     // 输出: [   42]
    printf("宽度5,左对齐: [%-5d]\n", num);    // 输出: [42   ]

    // 精度 (对浮点数是小数位数，对整数是最小数字位数，对字符串是最大字符数)
    printf("Pi保留2位小数: %.2f\n", pi);      // 输出: 3.14
    printf("整数补零宽度5: [%05d]\n", num);    // 输出: [00042]
    printf("字符串最多3字符: %.3s\n", "Hello"); // 输出: Hel

    // 组合使用: 宽度8, 保留3位小数, 左对齐
    printf("组合: [%-8.3f]\n", pi);   // 输出: [3.142   ]

    // 带符号显示
    printf("带符号: [%+d]\n", num);     // 输出: [+42]
    printf("带符号: [%+d]\n", -num);    // 输出: [-42]

    return 0;
}

scanf 的注意事项

• 地址传递：务必使用 & 获取变量地址（数组名除外）。
• 类型匹配：格式符必须与变量类型严格匹配，否则导致未定义行为。
• 缓冲区溢出风险：使用 %s 读取字符串时，若输入超过缓冲区大小，会造成严重安全问题。建议使用 %<宽度>s (如 %49s 读取到大小为50的数组) 或更安全的函数（如 fgets）。
• 空白符处理：scanf 中，多数格式符（如 %d, %lf, %s）会自动跳过前面的空白符。但 %c 不会跳过空白符，它会读取遇到的第一个字符，包括空格或换行符。可以在 %c 前加一个空格 (" %c") 来跳过空白。
• 返回值：scanf 返回成功读取并赋值的项数。可以利用此返回值检查输入是否符合预期。

int items_read = scanf("%d %lf", &a, &b);
if (items_read != 2) {
    printf("输入错误！\n");
    // 处理错误，例如清空缓冲区
    int c;
    while ((c = getchar()) != '\n' && c != EOF); // 清空到行尾
}

缓冲区与刷新

C的标准I/O也是带缓冲的。

• printf 的输出通常是行缓冲（遇到换行符 \n 时刷新）或全缓冲（缓冲区满时刷新）。可以使用 fflush(stdout); 强制刷新标准输出缓冲区，确保内容立即显示。
• scanf 从标准输入缓冲区读取。如果缓冲区中有残留字符（特别是换行符），可能会影响后续的 scanf 或 getchar() 调用。上面示例中的 while ((c = getchar()) != '\n' && c != EOF); 是一种常见的清空输入缓冲区到行尾的方法。

C++流式 vs C函数式 I/O 对比

应用场景建议

总结

选择哪种输入输出方式取决于具体场景和需求。对于现代C++编程，cin/cout 因其类型安全、易用性和面向对象的特性，通常是首选。而在对性能要求极致或需要 C 语言兼容性的场合，scanf/printf 仍然是有效的工具，但使用时需格外小心。

掌握两者的用法和优缺点，能够帮助你根据实际情况做出最佳选择。