怎么像整数一样计算字符？

周立功教授数年之心血之作《程序设计与数据结构》，电子版已无偿性分享到电子工程师与高校群体，经周立功教授授权，本公众号特对本书内容进行连载，愿共勉之。

第一章为程序设计基础，本文为1.8.1 字符常量。

>>>1.字符常量的引用

字符常量是使用一对单引号“''”包围起来的，比如，'O'，'编译器知道这个符号指的是字母O的ASCII值，即79。同样可以用' '指出空格，或用'9'指出数字9。常量'9'指的是一个字符，不应该与整数值9混淆。除非程序员能记住ASCII码表，否则任何人看到79都不会联想到字母O，而字符常量'O' 则可以直接传递它的意义。

在C语言中，字符能象整数一样计算，不需要特别的转换。基于此，既可以给一个字符加上一个整数，比如，字符c与整数n相加，即c+n表示c后面的第n个字符。也可以从一个字符减去一个整数，比如，表达式c-n表示c前面的第n个字符。还可以从一个字符减去另一个字符，比如，c1和c2都是字符，那么c1-c2表示两个字符的距离。

更进一步地，还可以比较两个字符，如果在ASCII表中，c1在c2前面，那么c1

if( ch >= '0' && ch <= '9' )    { … }

这样一来就将数字字符与ASCII码表中的其它字符区分开了。虽然标准C接口ctype.h提供了相应的函数，但如果你从头到尾实现它们，则有助于进一步深入了解它们的操作。如果ch是大写字母，返回它对应的小写字母，否则返回ch本身，详见程序清单 1.35。

程序清单1.35 tolower()函数范例程序

1 char tolower(char ch)

2 {

3 if( ch >= 'A' && ch <= 'Z' ){                              //标识大写字母

4 return (ch + ('a' - 'A'));

5 }else{

6 return (ch);

7 }

8 }

>>>2. 字符的输入输出

虽然转换符%c允许scanf()函数和printf()函数对一个单独的字符进行读写操作。比如：

char ch;

scanf("%c", &ch);

printf("%c", ch);

但在读入字符前，scanf()函数不会跳过空格符，即会将空格作为字符读入变量ch。为了解决这个问题，则必须在%c的前面加一个空格：

scanf(" %c", &ch);

虽然scanf()函数不会跳过空格符，却很容易检测到读入的字符是否为换行符'\n'。比如：

while(ch != '\n'){

scanf("%c", &ch);

}

当然也可以调用getchar()和putchar()读写一个单独的字符，它们是在stdio.h中定义的宏，分别用于从键盘读取数据和将字符打印到屏幕上。虽然宏和函数在技术上存在一些区别，但它们的用法是一样的。比如：

int getchar(void);//输入一个字符

int putchar(int ch);//输出一个字符

getchar()函数不带任何参数，它从输入队列中返回一个字符。比如，下面的语句读取一个字符输入，并将该字符的值赋给变量ch：

ch = getchar();

该语句与下面的语句等效：

scanf("%c", &ch);

putchar()函数打印它的参数，比如，下面的语句将之前赋给ch的值作为字符打印出来：

putchar(ch);

该语句与下面的语句效果相同：

printf("%c", ch);

由于这些函数只处理字符，因此它们比scanf()和printf()函数更快，这两个函数通常定义在stdio.h中，实际上它们是预处理宏，不是真正的函数。虽然这些宏看起来很简单，但有时出了问题，却找不出原因。比如：

char ch1, ch2;

ch1 = getchar();

ch2 = getchar();

printf("%d %d\n", ch1, ch2);

此时，如果输入字符'a'，而打印结果却是“97，10”。因为从键盘输入一个字符后，就打印出了结果，还没有输入第二个字符程序就结束了。由于键盘输入一次结束后，会将数据存储在一个被称为缓冲区的临时存储区，按下Enter键后程序才可使用用户输入的字符，因此scanf()和getchar()也是从输入流缓冲区中取值的，而人们常常会产生这样的错觉，误以为它们是从键盘缓冲区取值的。实际上，数据是通过cin函数直接从输入流缓冲区中取走的，所以，当缓冲区中有残留数据时，cin函数会直接读取这些残留数据而不会请求键盘输入。

这里的10恰好是Enter键输入的换行符'\n'，当读取数据遇到换行符'\n'结束时，换行符会一起读入输入流缓冲区，所以第一次接受输入时，取走字符后会留下字符'\n'，于是第二次直接从缓冲区中将\n取走。

为何要有缓冲区呢？首先，将若干字符作为一个块进行传输比逐个发送这些字符节约时间。其次，如果用户打错字符，可以直接通过键盘修正错误。当最后按下Enter键时，传输的是正确的输入。虽然输入缓冲区的好处很多，但在某些交互式程序中也需要无缓冲区输入。比如，在游戏中，如果希望按下一个键就执行相应的命令，因此缓冲输入和无缓冲输入各有各的用武之地，但本书假设所有的输入都是缓冲输入。

缓冲分为两类：完全缓冲I/O和行缓冲I/O，完全缓冲输入指的是当缓冲区被填满时才刷新缓冲区，内容被发送到目的地，通常出现在文件输入中。缓冲区的大小取决于系统，常见的大小为512字节和4096字节。行缓冲区I/O指的是在出现换行符时刷新缓冲区，键盘输入通常是行缓冲区输入，所以在按下Enter键后才刷新缓冲区。

getchar()和scanf()

getchar()读取每个字符，包括空格、制表符和换行符；而scanf()在读取数字时，则会跳过空格、制表符和换行符。虽然这两个函数都很好用，但不能混合使用。

虽然putchar()的参数ch定义为int类型，但实质上它接收的是一个char类型字符，因为在putchar()内部，系统会将ch强制转换为char类型后再使用。如果字符输出成功，则putchar()返回输出的字符（(char)ch），而不是输入的参数ch；如果不成功，则返回预定义的常量EOF（end of file，文件结束），EOF是一个整数。

getchar()没有输入参数，其返回值为int型，而不是char型。这里需要区分文件中的有效数据和输入结束符，当有字符可读时，getchar()不会返回文件结束符EOF，所以

ch = getchar() != EOF //相当于ch = (getchar() != EOF)

取值为true，变量ch被赋值为1。

当程序没有输入时，则getchar()返回文件结束符EOF，即表达式取值为false，此时变量ch被赋值为0，程序结束运行。如果将getchar()函数的返回值定义为int型，则既能存储任何可能的字符，也能存储文件结束符EOF，将输入复制到输出的例程序详见程序清单1.36。

程序清单1.36将输入复制到输出范例程序

1 #include

2 int main(int argc, char *argv[])

3 {

4 int ch;

5

6 while((ch = getchar()) != EOF){

7 putchar(ch);

8 }

9 return 0;

10 }

当然，也可以用getchar()的另一种惯用法替代程序清单1.36（6）：

while((ch = getchar()) != '\n')

即将读入的一个字符与换行符比较，如果测试结果为true，则执行循环体，接着重复测试循环条件，再读入一个新的字符，同时getchar()用于搜索字符和跳过字符等效。比如：

while((ch = getchar()) == ' ')

当循环终止时，变量ch将包含getchar()遇到的第一个非空字符。

do-while

do-while循环远比for和while循环用得小，因为它至少需要执行循环体一次，且在代码的最后而不是开始执行条件循环测试。逻辑条件应该出现在它们所“保护”的代码之前，这也是if、while和for的工作方式。通常阅读代码的习惯是从前向后，当使用do/while循环时，需要对这段代码读两次。同时，这种方式在很多情况下是不正确的，比如：

? do{

? ch = getchar();

? putchar(ch);

? }while(ch != EOF);

由于测试被放在对putchar()的调用之后，因此该代码无端地多写了一个字符。只有在某个循环体必须至少执行一次的情况下，使用do-while循环才是正确的。

另一个让人迷惑的是，do/while循环中的contiune语句：

do{

continue;

}while(false);

它会永远循环下去还是只执行一次？虽然它只会循环一次，但大多数人都会想一想。C++的开创者Bjarne Stroustrup是这样说的，“do语句是错误和困惑的来源，我倾向于将条件放在前面我能看到的地方，避免使用do语句。”