Ausgabe und Eingabe

Das Ausgeben und Einlesen von Daten über den Bildschirm erfolgt häufig mittels der Funktionen printf() und scanf().[1] Beide Funktionen sind Teil der Standard-Bibliothek stdio.h, so dass diese zu Beginn der Quellcode-Datei mittels include <stdio.h> eingebunden werden muss.[2]

printf() – Daten formatiert ausgeben

Die Funktion printf() dient grundsätzlich zur direkten Ausgabe von Zeichenketten auf dem Bildschirm; beispielsweise gibt printf("Hallo Welt!") die angegebene Zeichenkette auf dem Bildschirm aus. Innerhalb der Zeichenketten können allerdings Sonderzeichen sowie Platzhalter für beliebige Variablen und Werte eingefügt werden.

Zeichen Bedeutung
\n Neue Zeile
\t Tabulator (4 Leerzeichen)
\\ Backslash-Zeichen \
\' Einfaches Anführungszeichen
\" Doppeltes Anführungszeichen

Die in der obigen Tabelle angegebenen Sonderzeichen werden auch „Escape-Sequenzen“ genannt, da sie nur mittels des vorangehenden Backslash-Zeichens, das ihre sonstige Bedeutung aufhebt, innerhalb einer Zeichenkette dargestellt werden können.

Ein Platzhalter besteht aus einem %-Zeichen, gefolgt von einem oder mehreren Zeichen, welche den Typ der auszugebenden Werte oder Variablen angeben und gleichzeitig festlegen, wie die Ausgabe formatiert werden soll. Damit kann beispielsweise bestimmt werden, wie viele Stellen für einen Wert reserviert werden sollen, ob die Ausgabe links- oder rechtsbündig erfolgen soll, und/oder ob bei der Ausgabe von Zahlen gegebenenfalls führende Nullen angefügt werden sollen.

// Den Wert Pi auf sechs Nachkommastellen genau ausgeben:

printf("Der Wert von Pi ist %.6f...\n", 3.141592653589793)
// Ergebnis: Der Wert von Pi ist 3.141593...

// Maximal dreistellige Zahlen rechtsbündig ausgeben:

printf("%3i:\n%3i:\n%3i:\n", 1, 10, 100);
// Ergebnis:
//   1:
//  10:
// 100:

// Maximal dreistellige Zahlen linksbündig ausgeben:

printf("%3i:\n%3i:\n%3i:\n", 1, 10, 100);
// Ergebnis:
// 1  :
// 10 :
// 100:

// Einstelligen Zahlen eine Null voranstellen:

printf("%02i.:\n%02i.:\n%02i.:\n", 8, 9, 10);
// Ergebnis:
// 08.:
// 09.:
// 10.:

In den obigen Beispielen wurden der Funktion printf() zwei oder mehr Argumente übergeben. Beim ersten Argument handelt es sich um einen so genannten Formatstring, bei den folgenden Argumenten um die auf dem Bildschirm auszugebenden Werte. Falls diese, wie im ersten Beispiel, mehr Nachkommastellen haben als in der Formatierung vorgesehen (Die Angabe %.6f steht für einen Wert vom Datentyp float sechs Nachkommastellen), so wird der Wert automatisch auf die angegebene Genauigkeit gerundet.

Zur Festlegung des Datentyps einer auszugebenden Variablen gibt es allgemein folgende Umwandlungszeichen:

Zeichen Argument Bedeutung
d, i int Dezimal-Zahl mit Vorzeichen.
o int Oktal-Zahl ohne Vorzeichen (und ohne führende Null).
x, X int Hexadezimal-Zahl ohne Vorzeichen (und ohne führendes 0x oder 0X), also abcdef bei 0x oder ABCDEF bei 0X.
u int Dezimal-Zahl ohne Vorzeichen.
c int Ein einzelnes Zeichen (unsigned char).
s char * Zeichen einer Zeichenkette bis zum Zeichen \0, oder bis zur angegebenen Genauigkeit.
f double Dezimal-Zahl als [-]mmm.ddd, wobei die angegebene Genauigkeit die Anzahl der d festlegt. Die Voreinstellung ist 6, bei 0 entfällt der Dezimalpunkt.
e, E double Dezimal-Zahl als [-]m.dddddde±xx oder [-]m.ddddddE±xx, wobei die angegebene Genauigkeit die Anzahl der d festlegt. Die Voreinstellung ist 6, bei 0 entfällt der Dezimalpunkt.
g, G double Dezimal-Zahl wie wie %e oder %E. Wird verwendet, wenn der Exponent kleiner als die angegebene Genauigkeit ist; unnötige Nullen am Schluss werden nicht ausgegeben.
p void * Zeiger (Darstellung hängt von Implementierung ab).
n int * Anzahl der aktuell von printf() ausgegebenen Zeichen.

Die obigen Formatangaben lassen sich durch Steuerzeichen („flags“) zwischen dem %- und dem Umwandlungszeichen weiter modifizieren:

  • Zahl: Minimale Feldbreite festlegen: Das umgewandelte Argument wird in einem Feld ausgegeben, das mindestens so breit ist, bei Bedarf aber auch breiter. Hat das umgewandelte Argument weniger Zeichen als die Feldbreite es verlangt, so werden auf der linken Seite Leerzeichen eingefügt.
  • .Zahl: Genauigkeit von Gleitkommazahlen festlegen: Gibt die maximale Anzahl von Zeichen an, die nach dem Dezimalpunkt ausgegeben werden
  • -: Ausrichten des umgewandelten Arguments am linken Rand des Ausgabefeldes (Leerzeichen werden bei Bedarf nicht links, sondern rechts eingefügt)
  • +: Ausgabe einer Zahl stets mit Vorzeichen
  • Leerzeichen: Ausgabe eines Leerzeichens vor einer Zahl, falls das erste Zeichen kein Vorzeichen ist
  • 0: Zahlen bei der Umwandlungen bis zur Feldbreite mit führenden Nullen aufüllen

Anstelle einer Zahl kann auch das Zeichen * als Feldbreite angegeben werden. In diesem Fall wird die Feldbreite durch eine zusätzlich an dieser Stelle in der Argumentliste angegebenen int-Variablen festgelegt:

int zahl = 1000;
int breite = 5;

printf("Der Wert von der Variable \"zahl\" ist: %*d", breite, zahl);

Die Formatangaben %e und %g können gleichermaßen zur Ausgabe von Gleitkomma-Zahlen in der Zehnerpotenz-Schreibweise verwendet werden. Sie unterscheiden sich nur bei Zahlen mit wenig Nachkommastellen. Beispielsweise würde die Ausgabe printf("%g\n", 2.15); als Ergebnis 2.15 anzeigen, während printf("%e\n", 2.15); als Ergebnis 2.150000e+00 liefern würde.

Soll eine long-Variante eines Integers ausgegeben werden, so muss vor das jeweilige Umwandlungszeichen ein l geschrieben werden, beispielsweise lu für long unsigned int oder ld für long int; für long double wird L geschrieben.

Soll das %-Zeichen innerhalb einer Zeichenkette selbst ausgegeben werden, so muss an dieser Stelle %% geschrieben werden.

Soll über mehrere Zeilen hinweg Text mittels printf() ausgegeben werden, so ist meist es für eine bessere Lesbarkeit empfehlenswert, für jede neue Zeile eine eigene printf()-Anweisung zu schreiben.

puts() – Einzelne Zeichenketten ausgeben

Sollen nur einfache Zeichenketten (ohne Formatierung und ohne Variablenwerte) ausgegeben werden, so kann anstelle von printf() auch die Funktion puts() aus der Standard-Bibliothek stdio.h verwendet werden. Die in der Tabelle Escape-Sequenzen aufgelisteten Sonderzeichen können auch bei puts() verwendet werden, es muss jedoch am Ende einer Ausgabezeile kein \n angehängt werden; puts() gibt automatisch jeden String in einer neuen Zeile aus.

putchar() – Einzelne Zeichen ausgeben

Mittels putchar() können einzelne Zeichen auf dem Bildschirm ausgegeben werden. Diese Funktion wird nicht nur von den anderen Ausgabefunktionen aufgerufen, sondern kann auch verwendet werden, wenn beispielsweise eine Datei zeichenweise eingelesen und nach Anwendung eines Filters wieder zeichenweise auf dem Bildschirm ausgegeben werden soll.[3]

scanf() – Daten formatiert einlesen

Die Funktion scanf() kann als flexible Funktion verwendet werden, um Daten direkt vom Bildschirm beziehungsweise von der Tastatur einzulesen. Dabei wird bei scanf(), ebenso wie bei printf(), ein Formatstring angegeben, der das Format der Eingabe festlegt. Die Funktion weist dann die eingelesen Daten, die dem Format entsprechen, vom Bildschirm ein und weist ihnen eine oder mehrere Programmvariablen zu. Im Formatstring können die gleichen Umwandlungszeichen wie bei printf() verwendet werden.

Die Eingabe mittels scanf() erfolgt „gepuffert“, d.h. die mit der Tastatur eingegebenen Zeichen werden zunächst in einem Zwischenspeicher („Puffer“) des Betriebsystems abgelegt. Erst, wenn der Benutzer die Enter-Taste drückt, wird der eingegebene Text von scanf() verarbeitet.

Bei der Zuweisung der eingelesenen Daten wird bei Benutzung der Funktion scanf() nicht der jeweilige Variablenname, sondern stets die zugehörige Speicheradresse angegeben, an welcher die Daten abgelegt werden sollen; diese kann leicht mittels des Adress-Operators & bestimmt werden. Um also beispielsweise einen int-Wert vom Bildschirm einzulesen, gibt man folgendes ein:

int n;

// Benutzer zur Eingabe auffordern:
printf("Bitte einen ganzzahligen Wert eingeben: ")

// Eingegebenen Wert einlesen:
scanf("%i", &n);

Sobald der Benutzer seine Eingabe mit Enter bestätigt, wird im obigen Beispiel die eingegebene Zahl eingelesen und am Speicherplatz der Variablen n hinterlegt.

Zum Einlesen von Zeichenketten muss dem Variablennamen kein & vorangestellt werden, da es sich bei einer Zeichenkette um ein Array handelt. Dieses wiederum entspricht einem Zeiger auf den ersten Eintrag, und ab eben dieser Stelle soll die eingelesene Zeichenkette abgelegt werden. Beim Einlesen von Daten in Felder muss allerdings beachtet werden, dass der angegebene Zeiger bereits initialisiert wurde. Eine simple Methode, um dies sicherzustellen, ist dass eine String-Variable nicht mit char *mystring;, sondern beispielsweise mit char mystring[100]; definiert wird.

Whitespace als Trennzeichen

Mit einer einzelnen scanf()-Funktion können auch mehrere Werte gleichzeitig eingelesen werden, wenn mehrere Umwandlungszeichen im Formatstring und entsprechend viele Speicheradressen als weitere Argumente angegeben werden. Beim Einlesen achtet scanf() dabei so genannte Whitespace-Zeichen (Leerzeichen, Tabulator-Zeichen oder Neues-Zeile-Zeichen), um die einzelnen Daten voneinander zu trennen. Soll der Benutzer beispielsweise zwei beliebige Zahlen eingeben, so können diese mit einem einfachen Leerzeichen zwischen ihnen, aber ebenso in zwei getrennten Zeilen eingegeben werden.

int n1, n2;

// Benutzer zur Eingabe auffordern:
printf("Bitte zwei beliebige Werte eingeben: ")

// Eingegebene Werte einlesen:
scanf("%f %f", &n1, &n2);

fflush() – Zwischenspeicher löschen

Da die Daten bei Verwendung von scanf() zunächst in einen Zwischenspeicher eingelesen werden, können Probleme auftreten, wenn der Benutzer mehr durch Whitespace-Zeichen getrennte Werte eingibt, als beim Aufruf der Funktion scanf() verarbeitet werden. Die restlichen Werte verbleiben in diesem Fall im Zwischenspeicher und würden beim nächsten Aufruf von scanf() noch vor der eigentlich erwarteten Eingabe verarbeitet werden. Eine Abhilfe hierfür schafft die Funktion fflush(), die nach jedem Aufruf von scanf() aufgerufen werden sollte und ein Löschen aller noch im Zwischenspeicher abgelegten Werte bewirkt.

Beim Einlesen von Zeichenketten mittels %s ist das wortweise Einlesen von scanf() oftmals hinderlich, da in der mit %s verknüpften Variable nur Text bis zum ersten Whitespace-Zeichen (Leerzeichen, Tabulator-Zeichen oder Neues-Zeile-Zeichen) gespeichert wird. Ganze Zeilen, die aus beliebig vielen Wörtern bestehen, sollten daher bevorzugt mittels gets() oder fgets() eingelesen werden.

gets() und fgets() – Einzelne Zeichenketten einlesen

Um eine Textzeile auf einmal einzulesen, kann die Funktion gets() aus der Standard-Bibliothek stdio.h verwendet werden. Diese Funktion liest eine Textzeile vom Bildschirm ein und speichert sie in der angegebenen Variablen ein:

int mystring[81];

gets(mystring);

Ein Neues-Zeile-Zeichen \n am Ende des Eingabestrings wird von gets() automatisch abgeschnitten, das Zeichen \0 zum Beenden der Zeichenkette automatisch angefügt. Wichtig ist allerdings bei der Verwendung von gets(), dass der angegebene String-Pointer auf ein ausreichend großes Feld zeigt. Im obigen Beispiel darf die eingelesene Zeile somit nicht mehr als 80 Zeichen haben, da auch noch Platz für das Zeichen \0 bleiben muss. Werden die Feldgrenzen überschritten, kann dies ein unkontrolliertes Verhalten des Programms oder gar einen Programmabsturz zur Folge haben.[4]

Als bessere Alternative zu gets() kann die Funktion fgets() verwendet werden, welche die Anzahl der maximal eingelesenen Zeichen beschränkt:

int mystring[81];
int n = 80;

fgets(mystring, n, stdin);

Im Unterschied zu gets() speichert fgets() das Neue-Zeile-Zeichen \n mit in der eingelesenen Zeichenkette, was unter Umständen bei der Längenangabe n berücksichtigt werden muss. Die Funktion fgets() gibt, wenn eine Zeichenkette erfolgreich eingelesen wurde, einen Zeiger als Ergebnis zurück, der mit der Speicheradresse der angegebenen Stringvariablen übereinstimmt; bei einem Fehler wird NULL als Ergebnis zurück gegeben.

Um eine Textzeile auf einmal einzulesen, kann die Funktion gets() aus der Standard-Bibliothek stdio.h verwendet werden. Diese Funktion liest eine Textzeile vom Bildschirm ein und speichert sie in der angegebenen Variablen ein:

getchar() – Einzelne Zeichen einlesen

Um einzelne Zeichen vom Standard-Eingang (Bildschirm bzw. Tastatur) zu lesen, kann die Funktion getchar() verwendet werden.[5] Ebenso wie bei der Funktion scanf() gibt die Funktion erst dann das gelesene Zeichen als Ergebnis zurück, wenn der Benutzer die Enter-Taste drückt; dies lässt sich beispielsweise für eine Abfrage der Art [Yn] für "Yes" oder "No" nutzen, wobei üblicherweise der groß geschriebene Buchstabe als Vorauswahl gilt und gesetzt wird, wenn keine explizite Eingabe vom Benutzer erfolgt.

Wird das Zeichen nach einer Umlenkung des Standard-Eingangs (beispielsweise mittels freopen()) nicht von der Tastatur, sondern von einer Datei eingelesen, so wird so lange jeweils ein einzelnes Zeichen zurückgegeben, bis ein Fehler auftritt oder die Funktion auf das Ende des Datenstroms bzw. der Datei trifft; in diesem Fall wird EOF als Ergebnis zurückgegeben.

… to be continued …

Anmerkungen:

[1]Um Daten von Dateien anstelle vom Bildschirm einzulesen, gibt es weitere Funktionen, die im Abschnitt Dateien und Verzeichnisse näher beschrieben sind.
[2]

Genau genommen erfolgt bei der Funktion printf() die Ausgabe auf den Standard-Ausgang (stdout). Bei diesem handelt es sich als Voreinstellung um den Bildschirm, in speziellen Fällen kann jedoch mittels der Funktion freopen() auch eine beliebige Datei oder ein angeschlossenes Gerät als Standard-Ausgang festgelegt werden.

Ebenso liest die Funktion scanf() vom Standard-Eingang (stdin) ein, der als Voreinstellung wiederum dem Bildschirm entspricht.
[3]Streng genommen handelt es sich bei putchar() nicht um eine Funktion, sondern um ein Makro: Letztlich wird putchar(Zeichen) vom Präprozessor durch einen Funktionsaufruf von fputc(Zeichen, stdin) ersetzt. Die Funktion fputc() wird im Abschnitt Dateien und Verzeichnisse näher beschrieben.
[4]Im neuen C11-Standard wird gets() aufgrund seiner Fehleranfälligkeit nicht mehr als Standard gelistet, den ein Compiler abdecken muss. Da die Funktion in sehr vielen Programmcodes vorkommt, wird gcc wohl auch in absehbarer Zukunft diese Funktion unterstützen. In C11 wurde dafür die ähnliche Funktion gets_s() im optionalen Teil von stdio.h aufgenommen, die jedoch ebenfalls nicht jeder Compiler zwingend unterstützen muss. Dies ist ein weiterer Grund, bevorzugt fgets() zu verwenden.
[5]Streng genommen handelt es sich bei getchar() nicht um eine Funktion, sondern um ein Makro. Letztlich wird getchar() vom Präprozessor durch einen Funktionsaufruf von fgetc(stdin) ersetzt. Die Funktion fputc() wird im Abschnitt Dateien und Verzeichnisse näher beschrieben.