C语言中，scanf()、gets()和fgets()有什么区别？

Question

我一直在做一个相当简单的程序，将字符串（假设输入的是数字）转换为整数。

完成后，我注意到了一些非常奇怪的“错误”，因为我的scanf()、gets()和fgets()函数知识有限，所以无法解答。（虽然我读了很多文献。）

所以，不多说废话，这里是程序的代码：

#include <stdio.h>

#define MAX 100

int CharToInt(const char *);

int main()
{
    char str[MAX];

    printf(" Enter some numbers (no spaces): ");
    gets(str);
//  fgets(str, sizeof(str), stdin);
//  scanf("%s", str);

    printf(" Entered number is: %d\n", CharToInt(str));

    return 0;
}

int CharToInt(const char *s)
{
    int i, result, temp;

    result = 0;
    i = 0;

    while(*(s+i) != '\0')
    {
        temp = *(s+i) & 15;
        result = (temp + result) * 10;
        i++;
    }

    return result / 10;
}

我遇到的问题如下：首先，使用gets()函数时，程序可以正常工作。

其次，使用fgets()函数时，结果略有偏差，因为fgets()函数会最后读取换行符（ASCII值为10），这会破坏结果。

第三，使用scanf()函数时，结果完全错误，因为第一个字符显然具有-52的ASCII值。对于这一点，我没有解释。

现在我知道不推荐使用gets()函数，所以我想知道是否可以在这里使用fgets()函数，以便它不读取（或忽略）换行符。 此外，在这个程序中，scanf()函数有什么问题呢？

- Marko

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在C语言中，char类型可以由编译器自行决定是signed char还是unsigned char。 - ninjalj

我猜你可能得自己写代码。至于为什么使用unsigned char解决了你的问题：一个普通（有符号）char的值范围是-128到127，而一个unsigned char的范围是0到255。位运算可能会对负值产生奇怪的影响。 - sigint

顺便提一下，在C语言中，*(s+i)通常写成s[i]（它们具有完全相同的语义）。 - caf

atoi和CharToInt都存在一个问题，即如果要转换的数字大于INT_MAX，则会导致未定义的行为。为了解决这个问题，您可以使用strtol系列中的函数，或修改CharToInt，使其在溢出而不是溢出时退出。（实际上，CharToInt还需要进一步修改；按照当前的编写方式，它只能读取到INT_MAX / 10；如果输入非数字，则会出现奇怪的情况） - M.M

你应该测试输入函数是否成功，并且只有在函数指示成功时才使用数据。如果输入中出现异常情况，第一步是清晰地打印出你所得到的内容：printf("Input: [[%s]]\n", str);。转换函数通常会跳过前导空格并停止于第一个不能成为数字的字符。如果只有尾随空格（特别是换行符），通常不会生成错误。如果转换后的字符串后面还有其他非数字字符，则可能会生成错误，也可能不会。 - Jonathan Leffler

Answer 1

• 切勿使用 gets。它无法防止缓冲区溢出漏洞（也就是你无法告诉它你传递给它的缓冲区有多大，因此它不能阻止用户输入比缓冲区更大的行并破坏内存）。

• 避免使用scanf。如果使用不当，它可能会像gets一样出现缓冲区溢出问题。即使忽略这一点，它还有其他问题使其难以正确使用。

• 通常情况下，应该使用fgets代替，尽管有时候会有些不方便（你必须去掉换行符，必须预先确定缓冲区大小，然后还必须想办法处理太长的行——是保留读取的部分和舍弃多余部分，舍弃整个字符串，动态增加缓冲区并重新尝试等）。有一些非标准函数可用于为您执行此动态分配（例如，在POSIX系统上的getline，Chuck Falconer的公共领域ggets函数）。请注意，ggets类似gets的语义，在为您删除末尾的换行符。

- jamesdlin

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正如我在我的回答中所说，getline现在是标准的。 - Matthew Flaschen

哪个标准？当我说“非标准”时，指的是“非标准C”，而不是非POSIX。 - jamesdlin

Answer 2

是的，你要避免使用 gets。如果缓冲区足够大，fgets总会读取换行符（这样就能知道缓冲区太小而且还有更多待读取的行）。如果你需要像 fgets 这样的函数但不想读取换行符（失去了缓冲区过小的指示），你可以使用带有扫描集转换的 fscanf，例如： "%N[^\n]"，其中 'N' 被缓冲区大小-1替换。

一种简单（但有点奇怪）的方法是在使用 fgets 读取缓冲区后删除尾随的换行符： strtok(buffer, "\n"); 这并不是 strtok 的预期用法，但我经常这样用（通常避免使用它的预期用法）。

- Jerry Coffin

Answer 3

这段代码存在众多问题。我们将修复变量和函数的不良命名，并调查问题：

• 首先，CharToInt() 应该被重命名为适当的 StringToInt()，因为它操作的是一个字符串而不是单个字符。

• CharToInt() 函数不安全。它没有检查用户是否意外传递了一个空指针。

• 它不验证输入，或者更正确地说，跳过无效的输入。如果用户输入了非数字，则结果将包含错误值。例如，如果您输入 N，则代码 *(s+i) & 15 将产生 14！？

• 接下来，在 CharToInt() 中不明确的 temp 应该被称为 digit，因为那才是它真正的含义。

• 此外，CharToInt() 中的巧妙解决方案 return result / 10; 只是一个糟糕的补救措施，以解决有缺陷的实现问题。

• 同样，MAX 的命名不恰当，因为它可能与标准用法冲突。即 #define MAX(X,y) ((x)>(y))?(x):(y)

• 冗长的 *(s+i) 不如简单的 *s 读起来清晰。没有必要使用并且用另一个临时索引 i 来混淆代码。

gets()

这个函数很糟糕，因为它可能会溢出输入字符串缓冲区。例如，如果缓冲区大小为2，并且您输入了16个字符，则会溢出str。

scanf()

这同样很糟糕，因为它可能会溢出输入字符串缓冲区。

您提到“使用scanf()函数时，结果完全错误，因为第一个字符显然具有-52的ASCII值。”

这是由于scanf()的不正确使用。我无法复制此错误。

fgets()

这个函数是安全的，因为您可以通过传递缓冲区大小（包括NULL的空间）来保证永远不会溢出输入字符串缓冲区。

getline()

一些人建议使用C的POSIX标准getline()来替代。不幸的是，这并不是一个实用的可移植解决方案，因为Microsoft没有实现C版本，只有标准C++ string模板函数，正如SO #27755191问题所回答的那样。尽管Microsoft的C++ getline()至少早在Visual Studio 6就已经存在，但由于OP严格要求使用C而不是C ++，因此这不是一个选项。

其他

最后，这个实现有一个漏洞，它无法检测整数溢出。如果用户输入的数字太大，数字可能会变成负数！例如9876543210将变成-18815698？让我们也修复这个问题。

对于无符号整数unsigned int，这个问题很容易解决。如果之前的部分数字小于当前部分数字，那么我们就发生了溢出，然后返回之前的部分数字。

对于有符号整数signed int，需要做更多的工作。在汇编语言中，我们可以检查进位标志，但在C语言中，没有标准内置的方法来检测有符号整数计算的溢出。幸运的是，由于我们乘以一个常数* 10，如果使用等效方程，我们就可以轻松地检测到这一点:

n = x*10 = x*8 + x*2

如果x*8溢出，那么逻辑上x*10也会溢出。对于32位int类型，当x*8=0x100000000时会发生溢出，因此我们只需要检测x是否大于等于0x20000000。由于我们不想假设int类型有多少位，所以我们只需要测试前三个最高有效位是否设置。

此外，需要进行第二次溢出测试。如果数字连接后msb（符号位）被设置，则我们也知道该数字已经溢出。

代码

这里是一个修复后的安全版本，以及您可以使用的代码，以检测不安全版本中的溢出。我还通过#define SIGNED 1包含了带符号和无符号版本。

#include <stdio.h>
#include <ctype.h> // isdigit()

// 1 fgets
// 2 gets
// 3 scanf
#define INPUT 1

#define SIGNED 1

// re-implementation of atoi()
// Test Case: 2147483647 -- valid    32-bit
// Test Case: 2147483648 -- overflow 32-bit
int StringToInt( const char * s )
{
    int result = 0, prev, msb = (sizeof(int)*8)-1, overflow;

    if( !s )
        return result;

    while( *s )
    {
        if( isdigit( *s ) ) // Alt.: if ((*s >= '0') && (*s <= '9'))
        {
            prev     = result;
            overflow = result >> (msb-2); // test if top 3 MSBs will overflow on x*8
            result  *= 10;
            result  += *s++ & 0xF;// OPTIMIZATION: *s - '0'

            if( (result < prev) || overflow ) // check if would overflow
                return prev;
        }
        else
            break; // you decide SKIP or BREAK on invalid digits
    }

    return result;
}

// Test case: 4294967295 -- valid    32-bit
// Test case: 4294967296 -- overflow 32-bit
unsigned int StringToUnsignedInt( const char * s )
{
    unsigned int result = 0, prev;

    if( !s )
        return result;

    while( *s )
    {
        if( isdigit( *s ) ) // Alt.: if (*s >= '0' && *s <= '9')
        {
            prev    = result;
            result *= 10;
            result += *s++ & 0xF; // OPTIMIZATION: += (*s - '0')

            if( result < prev ) // check if would overflow
                return prev;
        }
        else
            break; // you decide SKIP or BREAK on invalid digits
    }

    return result;
}

int main()
{
    int  detect_buffer_overrun = 0;

    #define   BUFFER_SIZE 2    // set to small size to easily test overflow
    char str[ BUFFER_SIZE+1 ]; // C idiom is to reserve space for the NULL terminator

    printf(" Enter some numbers (no spaces): ");

#if   INPUT == 1
    fgets(str, sizeof(str), stdin);
#elif INPUT == 2
    gets(str); // can overflows
#elif INPUT == 3
    scanf("%s", str); // can also overflow
#endif

#if SIGNED
    printf(" Entered number is: %d\n", StringToInt(str));
#else
    printf(" Entered number is: %u\n", StringToUnsignedInt(str) );
#endif
    if( detect_buffer_overrun )
        printf( "Input buffer overflow!\n" );

    return 0;
}

- Michaelangel007

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strlen()函数不会检查您是否传递了空指针。标准C库规范明确说明（§7.1.4使用库函数）：如果函数的参数具有无效值（例如函数域之外的值，程序地址空间之外的指针，空指针或指向非可修改存储器的指针，而相应的参数未被const限定），或者类型（在提升后）与具有可变数量参数的函数所期望的类型不同，则行为是未定义的。 要求非空指针是合理的。 - Jonathan Leffler

最好添加一行安全检查并捕获粗心的错误，而不是假设调用方不会犯错，但感谢规范的详细说明！ - Michaelangel007

Answer 4

您说得没错，不应该使用gets。如果想要使用fgets，只需覆盖换行符即可。

char *result = fgets(str, sizeof(str), stdin);
char len = strlen(str);
if(result != NULL && str[len - 1] == '\n')
{
  str[len - 1] = '\0';
}
else
{
  // handle error
}

这假设没有嵌入的NULL。另一个选择是POSIX getline：

char *line = NULL;
size_t len = 0;
ssize_t count = getline(&line, &len, stdin);
if(count >= 1 && line[count - 1] == '\n')
{
  line[count - 1] = '\0';
}
else
{
  // Handle error
}

getline 的优点在于它为您执行分配和重新分配，处理可能的嵌入式 NULL，并返回计数，因此您不必浪费时间使用 strlen。请注意，您不能使用数组与 getline。指针必须是NULL或可释放的。

我不确定您在使用scanf时遇到了什么问题。

- Matthew Flaschen

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如果输入行的长度实际上等于sizeof(str) - 1或更长，则不会有换行符，因此该代码将舍弃一个有效的字符。 - M.M

@MattMcNabb，谢谢。我想我修好了（未测试）。 - Matthew Flaschen

请注意，在检查fgets()返回非空值之前，不要使用strlen(str)。 - Jonathan Leffler

Answer 5

永远不要使用gets()函数，它可能导致不可预测的溢出。如果您的字符串数组大小为1000，而我输入了1001个字符，那么就会发生缓冲区溢出。

- Peter Miehle

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感谢你们的答案，它们非常有帮助。但我也想知道为什么这个程序中 scanf() 不起作用？谢谢。 - Marko

Answer 6

尝试使用fgets()函数，结合你修改后的CharToInt()函数：

int CharToInt(const char *s)
{
    int i, result, temp;

    result = 0;
    i = 0;

    while(*(s+i) != '\0')
    {
        if (isdigit(*(s+i)))
        {
            temp = *(s+i) & 15;
            result = (temp + result) * 10;
        }
        i++;
    }

    return result / 10;
}

它基本上验证输入的数字并忽略其他内容。这很简单，所以可以根据需要进行修改和调整。

- Amardeep AC9MF

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为了清理代码，考虑使用isdigit()替换strchr()。更好的做法是用atoi()调用来替换整个CharToInt()函数。 http://www.cplusplus.com/reference/clibrary/cctype/isdigit/ http://www.cplusplus.com/reference/clibrary/cstdlib/atoi/ - sigint

Answer 7

我不是很擅长编程，但让我试着回答你关于scanf();的问题。我认为scanf非常好用，几乎可以用它来处理所有事情而不会出现任何问题。但你使用了一个不完全正确的结构。应该是：

char str[MAX];
printf("Enter some text: ");
scanf("%s", &str);
fflush(stdin);

变量前面的"&"很重要。它告诉程序在哪个变量中保存扫描到的值。 fflush(stdin);清除标准输入（键盘）缓冲区，这样你就不太可能遇到缓冲区溢出。

gets();和scanf();只会扫描到第一个空格' '，而fgets();会扫描整个输入。（但一定要在之后清除缓冲区，以免后续出现溢出）

- nicolas gasser

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在C语言中，数组是通过指针传递的，因此在str前面省略&是完全可以的。也就是说，scanf("%s", str);与scanf("%s", &str[0]);是完全等价的。 - Michaelangel007

这个答案在多个方面都是错误的，而且很危险。 - siride

准确来说：(1) str 前面的 & 不是必需的，有些编译器会产生警告；(2) 应该测试 scanf() 返回的值以确保你得到了期望的数据；(3) 使用 fflush(stdin) 不受标准 C 支持——它只在某些平台上有效，尤其是 Microsoft 平台；(4) gets() 读取到行末（没有任何防止溢出的保护）；(5) fgets() 不会扫描整个输入——它会读取到行末或者直到缓冲区没有剩余空间；(6) scanf() 可能会导致缓冲区溢出——如果 MAX==100，请使用 scanf("%99s", str)。 - Jonathan Leffler