Standardní vstup a výstup

Pilný čtenář prvních devíti dílů tohoto seriálu už umí v Céčku leccos napsat. Pomocí podmínek, cyklů a funkcí zakóduje i poměrně složitý algoritmus a funkcemi printf a puts vypíše výsledek. Jeho program ale bude pokaždé počítat přesně to samé, chybí nám zatím obousměrná komunikace s uživatelem. Nejjednodušší (a všem příznivcům Linuxu blízký) je standardní terminálový vstup a výstup.

Řetězce jako pole znaků

Už víme, jak se v C píší řetězcové konstanty, umíme také používat řetězce jako ukazatele na char. Problém nastane, když zkusíme řetězce měnit.

#include <stdio.h>

int main(void) {
  char *s = "krása";

  s[2] = 'y';
  puts(s);
  return 0;
}

Tento program nevypíše ani krása ani krysa, ale Segmentation fault. Při definici řetězce překladač vyhradí (alespoň) 6 bytů v paměti, kam nemáme právo zápisu, a obsahem těch šesti bytů bude 'k', 'r', 'á', 's', 'a' a 0. Při pokusu o přepsání znaku 'á' program spadne.

Úspěšnější budeme, pokud řetězec definujeme jako pole znaků.

 /* Nezapomenout ukončovací 0! Neplést 0 a '0'! */
char s[6] = {'k', 'r', 'á', 's', 'a', 0};

V tom případě je řetězec v paměti s právem zápisu a můžeme jej modifikovat. V inicializaci je navíc možné i zde použít únosnější řetězcovou syntaxi

char s[6] = "krása";

Mimo inicializaci by ovšem přiřazení řetězce do řetězce - pole neprošlo.

char s[6] = "krása"; /* definice s inicializací, OK */
char   *p = "krása"; /* definice s inicializací, OK */

s = "krysa";  /* chyba při překladu, pole je konstantní ukazatel*/
p = "krysa";  /* změna hodnoty p, nikoliv obsahu paměti, kam původní p ukazovalo */
s[2] = 'y';   /* korektní změna paměti na adrese s + 2 */
p[2] = 'y';   /* pokus o změnu paměti na adrese s + 2, projde překladem,
                 Segmentation fault za běhu */

Modifikovat řetězce pomocí přístupu k jednotlivým znakům je poněkud nepohodlné, standardní knihovna C pochopitelně nabízí celou řadu funkcí, které umí například kopírovat nebo spojovat řetězce. Probereme je v některém z příštích dílů.

Znakově orientovaný vstup a výstup

Jeden znak ze standardního vstupu přečteme pomocí příkazu getchar(). Schválně neříkám funkce getchar, neboť ve skutečnosti nemusí být implementovaný jako funkce, ale pro běžné použití je to jedno. Příkaz getchar() nemá parametry a vrací int, který má hodnotu EOF, pokud došlo k chybě, nebo ASCII kód znaku ze standardního vstupu. Nejčastější chybou je konec souboru, k tomu dojde běžně při přesměrování standardního vstupu nebo pokud uživatel ukončí vstup (na Linuxu Ctrl + D).

puts("Chceš pozdravit? (A/N)");
if (getchar() == 'A')
  puts("Ahoj");

Je dobré vědět, že cesta znaku od klávesnice ke getcharu je dlouhá a vede přes nejrůznější buffery včetně toho ze standardní C knihovny. Do našeho programu se vstup dostane teprve s celou řádkou (ukončenou znakem '\n'), až uživatel zmáčkne enter. Pokud není žádný vstup k dispozici, getchar čeká na uživatele, v opačném případě vrátí znak z bufferu, i když třeba ke zmáčknutí příslušné klávesy došlo ve skutečnosti před voláním getchar.

Pokud tedy spustíme následující program

#include <stdio.h>

int main(void) {
  while (1) {
    int c = getchar();
    if (c == EOF) break;
    printf("Zadal jsi znak '%c' s ASCII kódem %i\n", c, c);
  }
  return 0;
}

uživatel chvíli počká a pak zadá 456[enter], první getchar bude čekat a po odentrování vrátí '4'. Další tři volání skončí okamžitě a vrátí postupně '5', '6' a '\n'. Následující getchar opět čeká na uživatelský vstup. Na obrazovce bude

456
Zadal jsi znak '4' s ASCII kódem 52
Zadal jsi znak '5' s ASCII kódem 53
Zadal jsi znak '6' s ASCII kódem 54
Zadal jsi znak '
' s ASCII kódem 10

Program skončí až s koncem standardního vstupu (Ctrl + D).

Kvůli speciální hodnotě EOF nevrací getchar znak jako char, ale jako int. Pokud chceme získaný znak využít v proměnné typu char, je třeba přetypovat.

char s[6] = "krása";
int c;

puts("Zadej znak 'y'");
c = getchar();
if (c == EOF)
  puts("chyba");
else
  s[2] = (char) c;

Vypisovat jeden znak pomocí funkce printf je poněkud neohrabané, proto je ve standardní knihovně příkaz duální ke getchar a jmenuje se putchar. Místo printf("%c", c); tak můžeme psát putchar(c);. Parametrem i návratovou hodnotou je int - ASCII kód vypisovaného znaku, v případě neočekávané chyby vrací putchar EOF.

Čtení a zápis řádky

Programátor většinou nepotřebuje číst a psát jednotlivé znaky, ale zpracovává vstup a výstup po řádkách. Zde nabízí standardní C knihovna funkce gets a puts. Funkci puts už známe, vypíše řetězec na standardní výstup a odřádkuje. Při návrhu duální funkce gets bohužel autoři příliš nemysleli.

char *gets(char *s);

Funkce čte standardní vstup, dokud nenarazí oddělovač řádku (znak '\n') nebo nedojde k chybě, výsledek ukládá do parametru s a (celkem zbytečně) je s také návratovou hodnotou. V případě chyby nebo okamžitého konce vstupu vrací funkce konstantu NULL. Po úspěšném načtení řádku přidá funkce na konec řetězce ukončovací nulu, kterou tak nahradí znak '\n'. Zásadním problémem gets je, že neumožňuje programátorovi stanovit maximální délku vstupu.

char s[256];
puts("Zadejte řetězec kratší 256 znaků, jinak nejspíš program spadne.");
gets(s);

Takhle se programy psát nedají. Je dobré si uvědomit, že uživatel může spustit program s přesměrovaným standardním vstupem ze souboru (s potenciálně dlouhými řádky), takže může dojít k nepříjemnostem i bez zlého úmyslu uživatele.

Naštěstí je ve standardní knihovně také funkce pro čtení řádky ze souboru, a ta už má maximální délku omezenou.

char *fgets(char *s, int size, FILE *stream);

Od gets se liší především dvěma parametry. První, size, je maximální počet přečtených znaků včetně ukončovací nuly. Pokud je řádek delší, funkce načte jenom size - 1 znaků a korektně ukončí řetězec nulou. Případné další volání fgets začne číst vstup tam, kde předchozí fgets skočila. Další parametr je soubor, ze kterého budeme číst. Pro standardní vstup lze použít proměnnou ze stdio.h jménem stdin. Další drobný rozdíl gets a fgets spočívá v chování na konci řádky. Zatímco gets znak '\n' nepřidá do načteného řetězce, fgets ano.

char s[256];
puts("Zadejte řetězec kratší 256 znaků, jinak ho oříznu.");
fgets(s, 256, stdin);

Příklad pro dnešní díl

Pomlouval jsem funkci gets, proto ukážu ještě jednu náhradu - vlastní implementaci.

#include <stdio.h>
/* Bezpečná gets */
char * moje_gets(char *s, int size) {
  int i, c;

  /* Kvůli nule na konci řetězce */
  size--; 
  /* Buffer velikosti <= 0 */
  if (size < 0) return NULL;
  for(i = 0; i < size; i++) {
    c = getchar();
    /* Konec vstupu nebo řádky */
    if (c == EOF || c == '\n') break; 
    s[i] = (char) c;
  }
  /* Ukončovací 0 */
  s[i] = 0; 
  /* Pokud došlo k chybě hned na začátku, vracím NULL. */
  if (!i && c == EOF) return NULL; 
  /* Jinak vracím s. */
  return s;
}

int main(void) {
  char s[10];
  
  moje_gets(s, 10);
  puts(s);
  return 0;
}

Pokračování příště

V dalším dílu povídání o vstupu dokončím. Dojde i na čtení čísel a konverzi řetězce na čísla a obráceně.