24. C语言标准库函数（中）

11.stdint

stdint.h 定义了一些固定宽度的整数类型别名，主要有下面三类：

• 宽度完全确定的整数intN_t，比如int32_t。
• 宽度不小于某个大小的整数int_leastN_t，比如int_least8_t。
• 宽度不小于某个大小、并且处理速度尽可能快的整数int_fastN_t，比如int_fast64_t。

上面所有类型都是有符号的，类型名前面可以加一个前缀u，表示无符号类型，比如uint16_t。

C 语言标准要求定义以下类型：

• int8_t（可选） uint8_t（可选）
• int16_t（可选） uint16_t（可选）
• int32_t（可选） uint32_t（可选）
• int64_t（可选） uint64_t（可选）
• int_least8_t uint_least8_t
• int_least16_t uint_least16_t
• int_least32_t uint_least32_t
• int_least64_t uint_least64_t
• int_fast8_t uint_fast8_t
• int_fast16_t uint_fast16_t
• int_fast32_t uint_fast32_t
• int_fast64_t uint_fast64_t

以下两个类型表示当前系统可用的最大宽度整数。

• intmax_t
• uintmax_t

如果想要尽可能大的整数时，可以使用上面类型。

以下一些带参数的宏，可以生成固定宽度的整数常量。

• INT8_C(x) UINT8_C(x)
• INT16_C(x) UINT16_C(x)
• INT32_C(x) UINT32_C(x)
• INT64_C(x) UINT64_C(x)
• INTMAX_C(x) UINTMAX_C(x)

下面是用法示例：

uint16_t x = UINT16_C(12);
intmax_t y = INTMAX_C(3490);

下面一些宏代表了固定宽度的整数最大值和最小值。

• INT8_MAX INT8_MIN UINT8_MAX
• INT16_MAX INT16_MIN UINT16_MAX
• INT32_MAX INT32_MIN UINT32_MAX
• INT64_MAX INT64_MIN UINT64_MAX
• INT_LEAST8_MAX INT_LEAST8_MIN UINT_LEAST8_MAX
• INT_LEAST16_MAX INT_LEAST16_MIN UINT_LEAST16_MAX
• INT_LEAST32_MAX INT_LEAST32_MIN UINT_LEAST32_MAX
• INT_LEAST64_MAX INT_LEAST64_MIN UINT_LEAST64_MAX
• INT_FAST8_MAX INT_FAST8_MIN UINT_FAST8_MAX
• INT_FAST16_MAX INT_FAST16_MIN UINT_FAST16_MAX
• INT_FAST32_MAX INT_FAST32_MIN UINT_FAST32_MAX
• INT_FAST64_MAX INT_FAST64_MIN UINT_FAST64_MAX
• INTMAX_MAX INTMAX_MIN UINTMAX_MAX

注意，所有无符号整数类型的最小值都为0，所以没有对应的宏。

12.stdlib

stdlib.h 定义了下面的类型别名。

• size_t：sizeof 的返回类型。
• wchar_t：宽字符类型。

stdlib.h 定义了下面的宏。

• NULL：空指针。
• EXIT_SUCCESS：函数运行成功时的退出状态。
• EXIT_FAILURE：函数运行错误时的退出状态。
• RAND_MAX：rand() 函数可以返回的最大值。
• MB_CUR_MAX：当前语言环境中，多字节字符占用的最大字节数。

abs、labs、llabs这三个函数用于计算整数的绝对值。abs()用于 int 类型，labs()用于 long int 类型，llabs()用于 long long int 类型：

int abs(int j);
long int labs(long int j);
long long int llabs(long long int j);

下面是用法示例：

// 输出 |-2| = 2
printf("|-2| = %d\n", abs(-2));

// 输出 |4|  = 4
printf("|4|  = %d\n", abs(4));

div()，ldiv()，lldiv() 这三个函数用来计算两个参数的商和余数。

div()用于 int 类型的相除，ldiv()用于 long int 类型的相除，lldiv()用于 long long int 类型的相除：

div_t div(int numer, int denom);
ldiv_t ldiv(long int numer, long int denom);
lldiv_t lldiv(long long int numer, long long int denom);

这些函数把第2个参数（分母）除以第1个参数（分子），产生商和余数。

这两个值通过一个数据结构返回，div()返回 div_t 结构，ldiv()返回 ldiv_t 结构，lldiv()返回 lldiv_t 结构。

这些结构都包含下面两个字段：

int　quot;　 //　商
int　rem;　 //　余数

它们完整的定义如下：

typedef struct {
  int quot, rem;
} div_t;
    
typedef struct {
  long int quot, rem;
} ldiv_t;
    
typedef struct {
  long long int quot, rem;
} lldiv_t;

下面是一个例子：

div_t d = div(64, -7);

// 输出 64 / -7 = -9
printf("64 / -7 = %d\n", d.quot);

// 输出 64 % -7 = 1
printf("64 %% -7 = %d\n", d.rem);

stdlib.h定义了一系列函数，可以将字符串转为数字。

• atoi()：字符串转成 int 类型。
• atof()：字符串转成 double 类型。
• atol()：字符串转成 long int 类型。
• atoll()：字符串转成 long long int 类型。

它们的原型如下：

int atoi(const char* nptr);
double atof(const char* nptr);
long int atol(const char* nptr);
long long int atoll(const char* nptr);

上面函数的参数都是一个字符串指针，字符串开头的空格会被忽略，转换到第一个无效字符处停止。函数名称里面的a代表 ASCII，所以atoi()的意思是“ASCII to int”。

它们返回转换后的数值，如果字符串无法转换，则返回0。

下面是用法示例：

atoi("3490")   // 3490
atof("3.141593")   // 3.141593

如果参数是数字开头的字符串，atoi()会只转换数字部分，比如atoi("42regular")会返回整数42。如果首字符不是数字，比如“hello world”，则会返回0。

stdlib.h还定义了一些更强功能的浮点数转换函数。

• strtof()：字符串转成 float 类型。
• strtod()：字符串转成 double 类型。
• strtold()：字符串转成 long double 类型。

它们的原型如下：

float strtof(
  const char* restrict nptr,
  char** restrict endptr
);

double strtod(
  const char* restrict nptr,
  char** restrict endptr
);
    
long double strtold(
  const char* restrict nptr,
  char** restrict endptr
);

它们都接受两个参数，第一个参数是需要转换的字符串，第二个参数是一个指针，指向原始字符串里面无法转换的部分。

• nptr：待转换的字符串（起首的空白字符会被忽略）。
• endprt：一个指针，指向不能转换部分的第一个字符。如果字符串可以完全转成数值，该指针指向字符串末尾的终止符\0。这个参数如果设为 NULL，就表示不需要处理字符串剩余部分。

它们的返回值是已经转换后的数值。如果字符串无法转换，则返回0。

如果转换结果发生溢出，errno 会被设置为 ERANGE。如果值太大（无论是正数还是负数），函数返回HUGE_VAL；如果值太小，函数返回零：

char *inp = "   123.4567abdc";
char *badchar;

double val = strtod(inp, &badchar);

printf("%f\n", val); // 123.456700
printf("%s\n", badchar); // abdc

字符串可以完全转换的情况下，第二个参数指向\0，因此可以用下面的写法判断是否完全转换：

if (*endptr == '\0') {
  // 完全转换
} else {
  // 存在无法转换的字符
}

如果不关心没有转换的部分，则可以将 endptr 设置为 NULL。

这些函数还可以将字符串转换为特殊值 Infinity 和 NaN。如果字符串包含 INF 或 INFINITY（大写或小写皆可），则将转换为 Infinity；如果字符串包含 NAN，则将返回 NaN。

str 系列函数也有整数转换的对应函数。

• strtol()：字符串转成 long int 类型。
• strtoll()：字符串转成 long long int 类型。
• strtoul()：字符串转成 unsigned long int 类型。
• strtoull()：字符串转成 unsigned long long int 类型。

它们的原型如下：

long int strtol(
  const char* restrict nptr,
  char** restrict endptr,
  int base
);
    
long long int strtoll(
  const char* restrict nptr,
  char** restrict endptr,
  int base
);
    
unsigned long int strtoul(
  const char* restrict nptr,
  char** restrict endptr,
  int base
);
    
unsigned long long int strtoull(
  const char* restrict nptr,
  char** restrict endptr, int base
);

它们接受三个参数。

（1）nPtr：待转换的字符串（起首的空白字符会被忽略）。

（2）endPrt：一个指针，指向不能转换部分的第一个字符。如果字符串可以完全转成数值，该指针指向字符串末尾的终止符\0。这个参数如果设为 NULL，就表示不需要处理字符串剩余部分。

（3）base：待转换整数的进制。这个值应该是2到36之间的整数，代表相应的进制，如果是特殊值0，表示让函数根据数值的前缀，自己确定进制，即如果数字有前缀0，则为八进制，如果数字有前缀0x或0X，则为十六进制。

它们的返回值是转换后的数值，如果转换不成功，返回0，下面是转换十进制整数的例子：

char* s = "3490";
unsigned long int x = strtoul(u, NULL, 10);

printf("%lu\n", x); // 3490

下面是转换十六进制整数的例子：

char* end;

long value = strtol("0xff", &end, 16);
printf("%ld\n", value); // 255
printf("%s\n", end); // 无内容

value = strtol("0xffxx", &end, 16);
printf("%ld\n", value); // 255
printf("%s\n", end); // xx

上面示例中，strtol()可以指定字符串包含的是16进制整数，不能转换的部分，可以使用指针end进行访问。

下面是转换二进制整数的例子：

char* s = "101010";
unsigned long int x = strtoul(s, NULL, 2);

printf("%lu\n", x); // 42

下面是让函数自行判断整数进制的例子：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(void) {
  const char* string = "-1234567abc";
  char* remainderPtr;
  long x = strtol(string, &remainderPtr, 0);
  printf("%s\"%s\"\n%s%ld\n%s\"%s\"\n",
    "The original string is ",
    string,
    "The converted value is ",
    x,
    "The remainder of the original string is ",
    remainderPtr
  );
}

上面代码的输出结果如下：

The original string is "-1234567abc"
The converted value is -1234567
The remainder of the original string is "abc"

如果被转换的值太大，strtol()函数在errno中存储ERANGE这个值，并返回LONG_MIN（原值为负数）或LONG_MAX（原值为正数），strtoul()则返回ULONG_MAX。

rand()函数用来生成 0～RAND_MAX 之间的随机整数。RAND_MAX是一个定义在stdlib.h里面的宏，通常等于 INT_MAX：

// 原型
int rand(void);

// 示例
int x = rand();

如果希望获得整数 N 到 M 之间的随机数（包括 N 和 M 两个端点值），可以使用下面的写法：

int x = rand() % （M - N + 1) + N;

比如，1 到 6 之间的随机数写法如下：

int x = rand() % 6 + 1;

获得浮点数的随机值，可以使用下面的写法：

// 0 到 0.999999 之间的随机数
printf("0 to 0.99999: %f\n", rand() / ((float)RAND_MAX + 1));

// n 到 m 之间的随机数：
// n + m * (rand() / (float)RAND_MAX)
printf("10.5 to 15.7: %f\n", 10.5 + 5.2 * rand() / (float)RAND_MAX);

上面示例中，由于rand()和RAND_MAX都是 int 类型，要用显示的类型转换转为浮点数。

rand()是伪随机数函数，为了增加随机性，必须在调用它之前，使用srand()函数重置一下种子值。

srand()函数接受一个无符号整数（unsigned int）作为种子值，没有返回值：

void srand(unsigned int seed);

通常使用time(NULL)函数返回当前距离时间纪元的秒数，作为srand()的参数：

#include <time.h>
srand((unsigned int) time(NULL));

上面代码中，time()的原型定义在头文件time.h里面，返回值的类型是类型别名time_t，具体的类型与系统有关，所以要强制转换一下类型。

time()的参数是一个指针，指向一个具体的 time_t 类型的时间值，这里传入空指针NULL作为参数，由于 NULL 一般是0，所以也可以写成time(0)。

abort()用于不正常地终止一个正在执行的程序。使用这个函数的目的，主要是它会触发 SIGABRT 信号，开发者可以在程序中为这个信号设置一个处理函数：

void abort(void);

该函数没有参数。

exit，quick_exit，_Exit 这三个函数都用来退出当前正在执行的程序：

void exit(int status);
void quick_exit(int status);
void _Exit(int status);

它们都接受一个整数，表示程序的退出状态，0是正常退出，非零值表示发生错误，可以使用宏EXIT_SUCCESS和EXIT_FAILURE当作参数，它们本身没有返回值。

它们的区别是，退出时所做的清理工作不同，exit()是正常退出，系统会做完整的清理，比如更新所有文件流，并且删除临时文件。

quick_exit()是快速退出，系统的清理工作稍微少一点，而_Exit()是立即退出，不做任何清理工作

用法如下：

exit(EXIT_SUCCESS);
quick_exit(EXIT_FAILURE);
_Exit(2);

atexit()用来登记当前程序退出时（调用exit()或main()正常退出），所要执行的其他函数。

at_quick_exit()则是登记使用quick_exit()方法退出当前程序时，所要执行的其他函数。

exit()只能触发atexit()登记的函数，quick_exit()只能触发at_quick_exit()登记的函数。

int atexit(void (*func)(void));
int at_quick_exit(void (*func)(void));

它们的参数是要执行的函数地址，即函数名。它们的返回值都是调用成功时返回0，调用失败时返回非零值。

用法如下：

void sign_off(void);
void too_bad(void);

int main(void) {

  int n;
  atexit(sign_off);　　 /* 注册 sign_off()函数 */

  puts("Enter an integer:");
  if (scanf("%d", &n) != 1) {
    puts("That's no integer!");
    atexit(too_bad);　/* 注册 too_bad()函数 */
    exit(EXIT_FAILURE);
  }

  printf("%d is %s.\n", n, (n % 2 == 0) ? "even" : "odd");
  return 0;
}

void sign_off(void) {
  puts("sign_off");
}

void too_bad(void) {
  puts("too bad");
}

上面示例中，用户输入失败时，会调用sign_off()和too_bad()函数；但是输入成功时只会调用sign_off()，因为只有输入失败时，才会进入if语句登记too_bad()。

另外，如果有多条atexit()语句，函数退出时最先调用的，是最后一个登记的函数。

atexit()登记的函数（如上例的sign_off和too_bad）应该不带任何参数且返回类型为void。

通常，这些函数会执行一些清理任务，例如删除临时文件或重置环境变量。

at_quick_exit()也是同样的规则，下面是一个例子：

void exit_handler_1(void) {
  printf("1\n");
}

void exit_handler_2(void) {
  printf("2\n");
}

int main(void) {
  at_quick_exit(exit_handler_1);
  at_quick_exit(exit_handler_2);
  quick_exit(0);
}

执行上面的示例，命令行会先输出2，再输出1。

getenv()用于获取环境变量的值。环境变量是操作系统提供的程序之外的一些环境参数：

char* getenv(const char* name);

它的参数是一个字符串，表示环境变量名。返回值也是一个字符串，表示环境变量的值。如果指定的环境变量不存在，则返回 NULL。

下面是输出环境变量$PATH的值的例子：

printf("PATH is %s\n", getenv("PATH"));

system()函数用于执行外部程序，它会把它的参数字符串传递给操作系统，让操作系统的命令处理器来执行：

void system( char const * command );

这个函数的返回值因编译器而异。但是标准规定，如果 NULL 作为参数，表示询问操作系统，是否有可用的命令处理器，如果有的话，返回一个非零值，否则返回零。

下面是执行ls命令的例子：

system("ls -l"); 

stdlib.h 提供了一些内存操作函数，下面几个函数详见C语言内存管理一章，其余在本节介绍。

• malloc()：分配内存区域
• calloc()：分配内存区域。
• realloc()：调节内存区域大小。
• free()：释放内存区域。

很多系统有内存对齐的要求，即内存块的大小必须是某个值（比如64字节）的倍数，这样有利于提高处理速度，aligned_alloc()就用于分配满足内存对齐要求的内存块，它的原型如下：

void* aligned_alloc(size_t alignment, size_t size);

它接受两个参数：

• alignment：整数，表示内存对齐的单位大小，一般是2的整数次幂（2、4、8、16……）。
• size：整数，表示内存块的大小。

分配成功时，它返回一个无类型指针，指向新分配的内存块。分配失败时，返回 NULL：

char* p = aligned_alloc(64, 256);

上面示例中，aligned_alloc()分配的内存块，单位大小是64字节，要分配的字节数是256字节。

qsort()用来快速排序一个数组，它对数组成员的类型没有要求，任何类型数组都可以用这个函数排序：

void qsort(
  void *base,
  size_t nmemb, 
  size_t size,
  int (*compar)(const void *, const void *)
);

该函数接受四个参数：

• base：指向要排序的数组开始位置的指针。
• nmemb：数组成员的数量。
• size：数组每个成员占用的字节长度。
• compar：一个函数指针，指向一个比较两个成员的函数。

比较函数compar将指向数组两个成员的指针作为参数，并比较两个成员。

如果第一个参数小于第二个参数，该函数应该返回一个负值；如果两个函数相等，返回0；如果第一个参数大于第二个参数，应该返回一个正数。

下面是一个用法示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int compar(const void* elem0, const void* elem1) {
  const int* x = elem0;
  const int* y = elem1; 
  
  return *x - *y;
}

int main(void) {
  int a[9] = {14, 2, 3, 17, 10, 8, 6, 1, 13};

  qsort(a, 9, sizeof(int), compar);

  for (int i = 0; i < 9; i++)
    printf("%d ", a[i]);
  putchar('\n');
}

执行上面示例，会输出排序好的数组“1 2 3 6 8 10 13 14 17”。

bsearch()使用二分法搜索，在数组中搜索一个值。它对数组成员的类型没有要求，任何类型数组都可以用这个函数搜索值。

注意该方法只对已经排序好的数组有效：

void *bsearch(
  const void* key,
  const void* base,
  size_t nmemb,
  size_t size,
  int (*compar)(const void *, const void *)
);

这个函数接受5个参数。

• key：指向要查找的值的指针。
• base：指向数组开始位置的指针，数组必须已经排序。
• nmemb：数组成员的数量。
• size：数组每个成员占用的字节长度。
• compar：指向一个将待查找值与其他值进行比较的函数的指针。

比较函数compar将待查找的值作为第一个参数，将要比较的值作为第二个参数。

如果第一个参数小于第二个参数，该函数应该返回一个负值；如果两个参数相等，返回0；如果第一个参数大于第二个参数，返回一个正值。

如果找到待查找的值，bsearch()返回指向该值的指针，如果找不到，返回 NULL。

下面是一个用法示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int compar(const void *key, const void *value) {
  const int* k = key;
  const int* v = value;

  return *k - *v;
}

int main(void) {
  int a[9] = {2, 6, 9, 12, 13, 18, 20, 32, 47};

  int* r;
  int key;

  key = 12; // 包括在数组中
  r = bsearch(&key, a, 9, sizeof(int), compar);
  printf("Found %d\n", *r);

  key = 30;  // 不包括在数组中
  r = bsearch(&key, a, 9, sizeof(int), compar);
  if (r == NULL)
    printf("Didn't find 30\n");

  return 0;
}

执行上面的示例，会输出下面的结果：

Found 12
Didn't find 30

stdlib.h 提供了下面的函数，用来操作多字节字符：

• mblen()：多字节字符的字节长度。
• mbtowc()：将多字节字符转换为宽字符。
• wctomb()：将宽字符转换为多字节字符。
• mbstowcs()：将多字节字符串转换为宽字符串。
• wcstombs()：将宽字符串转换为多字节字符串。

13.stdio

stdio.h是 C 语言的标准 I/O 库，用于读取和写入文件，也用于控制台的输入和输出。

以下函数用于控制台的输入和输出。

• printf()：输出到控制台，详见C语言基本语法。
• scanf()：从控制台读取输入，详见C语言IO函数。
• getchar()：从控制台读取一个字符，详见C语言IO函数。
• putchar()：向控制台写入一个字符，详见C语言IO函数。
• gets()：从控制台读取整行输入（已废除），C语言IO函数。
• puts()：向控制台写入一个字符串，C语言IO函数。

以下函数用于文件操作，详见C语言文件操作一章。

• fopen()：打开文件。
• fclose()：关闭文件。
• freopen()：打开一个新文件，关联一个已经打开的文件指针。
• fprintf()：输出到文件。
• fscanf()：从文件读取数据。
• getc()：从文件读取一个字符。
• fgetc()：从文件读取一个字符。
• putc()：向文件写入一个字符。
• fputc()：向文件写入一个字符。
• fgets()：从文件读取整行。
• fputs()：向文件写入字符串。
• fread()：从文件读取二进制数据。
• fwrite()：向文件写入二进制数据。
• fseek()：将文件内部指针移到指定位置。
• ftell()：获取文件内部指针的当前位置。
• rewind()：将文件内部指针重置到文件开始处。
• fgetpos()：获取文件内部指针的当前位置。
• fsetpos()：设置文件内部指针的当前位置。
• feof()：判断文件内部指针是否指向文件结尾。
• ferror()：返回文件错误指示器的状态。
• clearerr()：重置文件错误指示器。
• remove()：删除文件。
• rename()：文件改名，以及移动文件。

以下函数用于操作字符串，详见C语言字符串

• sscanf()：从字符串读取数据，详见C语言IO函数。
• sprintf()：输出到字符串。
• snprintf()：输出到字符串的更安全版本，指定了输出字符串的数量。

tmpfile()函数创建一个临时文件，该文件只在程序运行期间存在，除非手动关闭它。它的原型如下：

FILE* tmpfile(void);

tmpfile()返回一个文件指针，可以用于访问该函数创建的临时文件。如果创建失败，返回一个空指针 NULL：

FILE* tempptr;
tempptr = tmpfile();

调用close()方法关闭临时文件后，该文件将被自动删除。

tmpfile()有两个缺点。一是无法知道临时文件的文件名，二是无法让该文件成为永久文件。

tmpname()函数为临时文件生成一个名字，确保不会与其他文件重名，它的原型如下：

char* tmpname(char* s);

它的参数是一个字符串变量，tmpnam()会把临时文件的文件名复制到这个变量里面，并返回指向该字符串变量的指针。如果生成文件名失败，tmpnam()返回空指针 NULL。

char filename[L_tmpnam];

if (tmpnam(filename) != NULL)
  // 输出诸如 /tmp/filew9PMuZ 的文件名
  printf("%s\n", filename);
else
  printf("Something wrong!\n");

上面示例中，L_tmpnam是stdio.h定义的一个宏，指定了临时文件的文件名长度。

tmpname()的参数也可以是一个空指针 NULL，同样返回指向文件名字符串的指针：

char* filename;
filename = tmpnam(NULL);

上面示例中，变量filename就是tmpnam()生成的文件名。

该函数只是生成一个文件名，稍后可以使用fopen()打开该文件并使用它。

fflush()用于清空缓存区。它接受一个文件指针作为参数，将缓存区内容写入该文件。

fflush(fp);

如果不需要保存缓存区内容，则可以传入空指针 NULL。

fflush(NULL);

如果清空成功，fflush()返回0，否则返回 EOF。

注意，fflush()一般只用来清空输出缓存区（比如写文件）。如果使用它来清空输入缓存区（比如读文件），属于未定义行为。

fflush()的一个用途是不等回车键，就强迫输出缓存区。大多数系统都是行缓存，这意味着只有遇到回车键（或者缓存区满了，或者文件读到结尾），缓存区的内容才会输出，fflush()可以不等回车键，立即输出。

for (int i = 9; i >= 0; i--) {
  printf("\r%d", i);
  fflush(stdout);
  sleep(1);
}

上面示例是一个倒计时效果，\r是回车键，表示每轮循环都会回到当前行的行首，等于删除上一轮循环的输出。

fflush(stdout)表示立即将缓存输出到显示器，这一行是必需的，否则由于上一行的输出没有回车键，不会触发缓存输出，屏幕上不会显示任何内容，只会等到程序运行结束再一次性输出。

setvbuf()函数用于定义某个字节流应该如何缓存。它可以接受四个参数。

int setvbuf(FILE* stream, char* buffer, int mode, size_t size)

第一个参数stream是文件流。

第二个参数buffer是缓存区的地址。

第三个参数mode指定缓存的行为模式，它是下面三个宏之一，这些宏都定义在stdio.h。

• _IOFBF：满缓存。当缓存为空时，才从流读入数据；当缓存满了，才向流写入数据。一般情况下，这是默认设置。
• _IOLBF：行缓存。每次从流读入一行数据，或向流写入一行数据，即以行为单位读写缓存。
• _IONBF：无缓存。不使用缓存区，直接读写设备。

第四个参数size指定缓存区的大小。较大的缓存区提供更好的性能，而较小的缓存区可以节省空间。stdio.h提供了一个宏BUFSIZ，表示系统默认的缓存区大小。

它的意义在于，使得用户可以在打开一个文件之前，定义自己的文件缓冲区，而不必使用fopen()函数打开文件时设定的默认缓冲区。

char buffer[N];

setvbuf(stream, buffer, _IOFBF, N);

上面示例设置文件流stream的缓存区从地址buffer开始，大小为N，模式为_IOFBF。

setvbuf()的第二个参数可以为空指针 NULL。这样的话，setvbuf()会自己创建一个缓存区。

注意，setvbuf()的调用必须在对文件流执行任何操作之前。

如果调用成功，setvbuf()的返回值为0，否则返回非零值。

下面的例子是将缓存区调整为行缓存：

FILE *fp;
char lineBuf[1024];

fp = fopen("somefile.txt", "r");
setvbuf(fp, lineBuf, _IOLBF, 1024);

setbuf()是setvbuf()的早期版本，可以视为后者的简化版本，也用来定义某个字节流的缓存区。

void setbuf(FILE* stream, char* buffer);

它的第一个参数stream是文件流，第二个参数buffer是缓存区的地址。

它总是可以改写成setvbuf()：

char buffer[BUFSIZ];

setbuf(stream, buffer);

// 等同于
setvbuf(stream, buffer, _IOFBF, BUFSIZ);

上面示例中，BUFSIZ是stdio.h定义的宏，表示系统默认的缓存区大小。

setbuf()函数没有返回值。

setbuf()的第二个参数如果设置为 NULL，表示不进行缓存：

setbuf(stdout, NULL);

// 等同于
setvbuf(stdout, NULL, _IONBF, 0);

ungetc()将从缓存里面读取的上一个字符，重新放回缓存，下一个读取缓存的操作会从这个字符开始。有些操作需要了解下一个字符是什么，再决定应该怎么处理，这时这个函数就很有用。

它的原型如下：

int ungetc(int c, FILE *stream);

它的第一个参数是一个字符变量，第二个参数是一个打开的文件流，它的返回值是放回缓存的那个字符，操作失败时，返回 EOF。

int ch = fgetc(fp);

if (isdigit(ch)) {
  ch = fgetc(fp);
}

ungetc(ch, fp);

上面示例中，如果读取的字符不是数字，就将其放回缓存。

perror()用于在 stderr 的错误信息之前，添加一个自定义字符串：

void perror(const char *s);

该函数的参数就是在报错信息前添加的字符串，没有返回值：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>
#include <errno.h>

int main(void) {
  int x = -1;

  errno = 0;
  float y = sqrt(x);
  if (errno != 0) {
    perror("sqrt error");
    exit(EXIT_FAILURE);
  }
}

上面示例中，求-1的平方根，导致报错。头文件errno.h提供宏errno，只要上一步操作出错，这个宏就会设置成非零值。perror()用来在报错信息前，加上sqrt error的自定义字符串。

执行上面的程序，就会得到下面的报错信息。

gcc test.c -lm
./a.out  # sqrt error: Numerical argument out of domain

以下是一些可变参数的操作函数。

（1）输出函数

下面是printf()的变体函数，用于按照给定格式，输出函数的可变参数列表（va_list）。

• vprintf()：按照给定格式，输出到控制台，默认是显示器。
• vfprintf()：按照给定格式，输出到文件。
• vsprintf()：按照给定格式，输出到字符串。
• vsnprintf()：按照给定格式，输出到字符串的安全版本。

它们的原型如下，基本与对应的printf()系列函数一致，除了最后一个参数是可变参数对象。

#include <stdio.h>
#include <stdarg.h>
    
int vprintf(
  const char * restrict format,
  va_list arg
);

int vfprintf(
  FILE * restrict stream,
  const char * restrict format,
  va_list arg
);
    
int vsprintf(
  char * restrict s,
  const char * restrict format,
  va_list arg
);
    
int vsnprintf(
  char * restrict s,
  size_t n,
  const char * restrict format,
  va_list arg
);

它们的返回值都为输出的字符数，如果出错，返回负值。

vsprintf()和vsnprintf()的第一个参数可以为 NULL，用来查看多少个字符会被写入。

下面是一个例子。

int logger(char *format, ...) {
  va_list va;
  va_start(va, format);
  int result = vprintf(format, va);
  va_end(va);

  printf("\n");

  return result;
}

// 输出 x = 12 and y = 3.20
logger("x = %d and y = %.2f", x, y);

（2）输入函数

下面是scanf()的变体函数，用于按照给定格式，输入可变参数列表 (va_list)。

• vscanf()：按照给定格式，从控制台读取（默认为键盘）。
• vfscanf()：按照给定格式，从文件读取。
• vsscanf()：按照给定格式，从字符串读取。

它们的原型如下，跟对应的scanf()函数基本一致，除了最后一个参数是可变参数对象。

#include <stdio.h>
#include <stdarg.h>
    
int vscanf(
  const char * restrict format,
  va_list arg
);
    
int vfscanf(
  FILE * restrict stream,
  const char * restrict format,
  va_list arg
);
    
int vsscanf(
  const char * restrict s,
  const char * restrict format,
  va_list arg
);

它们返回成功读取的项数，遇到文件结尾或错误，则返回 EOF。

下面是一个例子。

int error_check_scanf(int expected_count, char *format, ...) {
  va_list va;

  va_start(va, format);
  int count = vscanf(format, va);
  va_end(va);

  assert(count == expected_count);

  return count;
}

error_check_scanf(3, "%d, %d/%f", &a, &b, &c);