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Entrada e saída

Este capítulo descreve, superficialmente, as funções de entrada (= input) e de saída (= output) mais importantes da linguagem C.  Todas estão na biblioteca stdio. Para ter acesso a essa biblioteca, seu programa deve incluir a interface da biblioteca por meio de

#include <stdio.h>

Teclado e tela do terminal

A função  printf  (abreviatura de print formatted) exibe na tela do terminal uma lista formatada de números, caracteres, strings, etc.  O primeiro argumento da função é uma string que especifica o formato da impressão.

A função  scanf  (abreviatura de scan formatted) recebe do teclado uma lista de números, caracteres, strings, etc.  O primeiro argumento da função é uma string que especifica o formato da lista. Os demais argumentos são os endereços das variáveis onde os valores recebidos devem ser armazenados.  A função trata todos os brancos como se fossem espaços (caracteres ' ').  Veja um exemplo:

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

int main (void) {
   int a, b;
   scanf ("%d %d", &a, &b);
   double media;
   media = (a + b)/2.0;
   printf ("A média de %d e %d é %f\n", a, b, media);
   return EXIT_SUCCESS;
}

Se o nome do programa for average, veremos o seguinte resultado na tela (o computador escreve em vermelho):

~$ ./average
222 333
A média de 222 e 333 é 277.500000
~$

Para exibir o caractere ASCII representado por um char ou unsigned char, use a função printf com especificação de formato  %c.  Por exemplo, o fragmento de programa

char a = 65; // equivalente: a = 'A';
printf ("%d %c", a, a);

exibe

65 A

Para ler um caractere ASCII do teclado, use a função scanf com especificação de formato %c. A função lê o primeiro caractere não-branco (os brancos anteriores são desprezados), converte o caractere lido no correspondente byte, e armazena o byte em a:

char a;
scanf ("%c", &a);

Para ler uma cadeia de caracteres do teclado, use scanf com especificação de formato %s. A função interrompe a leitura ao encontrar o primeiro caractere branco. (Para ler uma cadeia de caracteres que contém brancos, use a função fgets.)  Por exemplo, o fragmento de programa abaixo lê uma cadeia de caracteres, converte a cadeia numa string e armazena a string no vetor str:

char str[100];
scanf ("%s", str); 

Arquivos

Um arquivo (= file) é uma sequência de bytes que reside na memória lenta do computador (um disco magnético, por exemplo). Os bytes de um arquivo não têm endereços individuais. Assim, o acesso ao arquivo é estritamente sequencial: para chegar ao 5º byte é preciso passar pelo 1º, 2º, 3º e 4º bytes.

Para que um programa possa manipular um arquivo, é preciso associá-lo a uma variável do tipo  FILE  (esse tipo está definido na interface stdio.h).  A operação de associação é conhecida como abertura do arquivo e é executada pela função fopen (= file open). O primeiro argumento da função é o nome do arquivo e o segundo argumento é "r" ou "w" para indicar se o arquivo deve ser aberto para leitura (= read) ou para escrita (= write). A função fopen devolve o endereço de um FILE (ou NULL, se não encontrar o arquivo especificado).  Depois de usar o arquivo, é preciso fechá-lo com a função fclose (= file close).

Digamos, por exemplo, que o arquivo de texto dados.txt contém uma sequência de números inteiros (em notação decimal) separados por brancos. O programa abaixo calcula a média desses números. Para ler o arquivo, o programa usa a função fscanf (o nome é uma abreviatura de file scanf), que generaliza a função scanf:

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

int main (void) {
   FILE *entrada;
   entrada = fopen ("dados.txt", "r");
   if (entrada == NULL) {
      printf ("\nNão encontrei o arquivo!\n");
      exit (EXIT_FAILURE);
   }  
   double soma = 0.0;
   int n = 0;
   while (true) {
      int x;
      int k = fscanf (entrada, "%d", &x);
      if (k != 1) break;
      soma += x;
      n += 1;
   }
   fclose (entrada);
   printf ("A média dos números é %f\n", soma/n);
   return EXIT_SUCCESS;
}

A função fscanf, tal como a função scanf, devolve o número de objetos efetivamente lidos. Se não houver um número a ser lido, devolve 0.  O programa acima usa isso para detectar o fim do arquivo. (O programa supõe que o arquivo contém pelo menos um número.)

Stdin e stdout.  O arquivo padrão de entrada (= standard input) é o teclado.  Ele está permanente aberto e é representado pela constante stdin. Portanto fscanf (stdin, ...) equivale a scanf (...).

Algo análogo acontece com as funções printf, fprintf e o arquivo padrão de saída stdout, que corresponde à tela do terminal.

As funções putc e getc

A função mais básica de saída — mais básica que fprintf — é  putc  (o nome é uma abreviatura de put character).  A função recebe um byte e grava-o no arquivo especificado.  (Muitas vezes, o byte tem valor entre 0 e 127 e portanto representa um caractere ASCII.)  Se c é um char e arq é um FILE então putc (c, arq) grava c em arq.  Por exemplo, putc ('?', stdout) exibe o caractere ? na tela.

A correspondente função de entrada é  getc  (o nome é uma abreviatura de get character).  Cada chamada da função lê um byte do arquivo especificado.  (Muitas vezes, o byte lido representa um caractere ASCII.)  Por exemplo, getc (stdin) lê o próximo byte do teclado e devolve o byte lido.

As expressões putchar (x) e getchar () são abreviaturas de putc (x, stdout) e getc (stdin) respectivamente.

Exemplo.  O programa abaixo lê do teclado uma sequência de bytes que termina com \n (como uma linha de caracteres ASCII, por exemplo), armazena essa sequência em um vetor, e exibe os correspondentes caracteres na tela.  O programa supõe que a sequência tem no máximo 100 bytes (incluindo o \n final):

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

int main (void) {
   char linha[100];
   int n = 0;
   while (true) {
      linha[n] = getchar ();
      if (linha[n] == '\n') break;
      n = n + 1;
   }
   for (int i = 0; i <= n; i += 1)
      putchar (linha[i]);
   return EXIT_SUCCESS;
}

Outro exemplo.  O programa abaixo deveria ler o primeiro byte do arquivo dados.txt e exibir o correspondente caractere (supõe-se que seja um caractere ASCII) na tela:

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

int main (void) {
   FILE *entrada;
   entrada = fopen ("dados.txt", "r");
   if (entrada == NULL) exit (EXIT_FAILURE);
   char c; // erro!
   c = getc (stdin);
   fclose (entrada);
   putc (c, stdout);
   return EXIT_SUCCESS;
}

O programa ter um defeito a ser discutido na próxima seção.

Que tipo de objeto getc devolve?

Que acontece se getc tenta ler o próximo byte de um arquivo que já se esgotou?  Seria preciso que getc devolvesse algum tipo de byte inválido. Mas todos os 256 bytes são válidos!

Para resolver esse impasse, a função getc sempre devolve um int, não um byte. O conjunto de valores int contém todos os valores char e mais alguns.  Assim, se o arquivo tiver se esgotado, getc pode devolver um int distinto de qualquer char.  Mais especificamente,

1. se houver um próximo byte no arquivo, getc lê o byte como se fosse unsigned char, converte-o em um int positivo, e devolve o resultado;
2. se o arquivo não tiver mais bytes, getc devolve um int estritamente negativo.

Para ser mais exato, se o arquivo não tiver mais bytes, getc devolve a constante  EOF  (o nome é uma abreviatura de end of file), que está definida na interface stdio.h e vale −1 na maioria dos computadores.

Resumindo, a função getc devolve um elemento de um superconjunto do conjunto em que estamos realmente interessados. Assim, a resposta de getc é sempre do mesmo tipo (um int), até em situações excepcionais.  Esse truque é uma importante lição de projeto (design) de programas.

Exemplo.  O seguinte fragmento de código exibe o próximo byte do arquivo a menos que estejamos no fim do arquivo:

   int c;
   c = getc (entrada);
   if (c != EOF) 
      putc (c, stdout);
   else 
      printf ("\nO arquivo terminou!");

(A propósito, se o arquivo entrada for stdin, o fim do arquivo é produzido pela combinação de teclas Ctrl D, que gera o byte 4.)

Exercícios 1

As funções fputs e fgets

A função fputs (o nome é uma abreviatura de file put string) da biblioteca stdio grava uma string num arquivo. Por exemplo,

fputs (str, arq);

grava a string str (exceto seu byte nulo final) no arquivo arq. (O efeito é essencialmente o mesmo de fprintf (arq, "%s", str).)

Se o segundo argumento de fputs for stdout, a string str é exibida na tela do terminal depois de ser convertida em uma cadeia de caracteres.

A função fgets (o nome é uma abreviatura de file get string) da biblioteca stdio lê uma linha de um arquivo e armazena a linha em uma string. Por exemplo, se str é um vetor de bytes então

fgets (str, 100, arq); 

armazena em str a linha corrente do arquivo arq (inclusive o \n que marca o fim da linha) e acrescenta um byte nulo final.

O segundo argumento de fgets é uma proteção contra linhas muito longas, mais longas que o espaço alocado para o primeiro argumento. No exemplo acima, se o número de bytes da linha corrente do arquivo (incluído o \n final) for maior que 99, somente os 99 primeiros bytes serão armazenados em str.

Se o último argumento de fgets for stdin, a função lê uma cadeia de caracteres do teclado até o fim da linha (tecla ↵), converte a cadeia numa string, e armazena a string no endereço indicado pelo primeiro agumento.

Argumentos na linha de comando

A execução de qualquer programa C consiste na execução da função main (que em geral invoca outras funções).  A função main admite dois parâmetros, que chamaremos numargs e arg.  O segundo parâmetro é um vetor de strings e o primeiro é o número de elementos do vetor.

int main (int numargs, char *arg[]) {
   . . . 
} 

Os argumentos são digitadas pelo usuário no teclado ao invocar o programa. (O usuário digita um ou mais espaços para separar cada argumento do anterior.)  A primeira string digitada é o nome do programa e passará a ser o valor de arg[0].  As strings seguintes são conhecidas como argumentos na linha de comando (= command line arguments) e passarão a ser os valores de arg[1], arg[2], … , arg[numargs-1].  O valor de numargs é definido implicitamente pelo número de strings digitadas.

No seguinte exemplo, estamos supondo que o nome do programa é prog.  Depois que o usuário digita a linha de comando

~$ ./prog -a  bb   ccc 2222

o valor de numargs será 5 e os valores de arg[0] a arg[4] serão as strings  "prog", "-a", "bb", "ccc" e "2222" respectivamente.

Exemplo.  O seguinte programa calcula a média dos números inteiros digitados na linha de comando.  O usuário precisa garantir que cada um dos números digitados esteja no intervalo INT_MIN..INT_MAX.

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

int main (int numargs, char *arg[]) {
   int soma = 0;
   for (int i = 1; i < numargs; ++i) 
      soma += strtol (arg[i], NULL, 10);
   int n = numargs - 1;
   printf ("média = %.2f\n", (double) soma / n);
   return EXIT_SUCCESS;
} 

Se o nome do programa é prog, veremos a seguinte interação na tela:

~$ ./prog +22   33 -11      +44
média = 22.00
~$

Outro exemplo.  O seguinte programa exibe uma tabela de conversão de graus Celsius em graus Fahrenheit ou vice-versa. O usuário especifica a direção da conversão, bem como o início e o fim da tabela.

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

// Programa temperatura
// --------------------
// Para obter uma tabela de conversão de graus
// Celsius em graus Fahrenheit, digite
// 
//     ./temperatura c-f 10 40
//
// A primeira coluna começará com 10 graus 
// Celsius e andará em passos de 1 grau até 40
// graus Celsius. A segunda coluna trará a 
// correspondente temperatura em graus
// Fahrenheit. Troque "c-f" por "f-c" para
// obter a tabela de conversão de graus 
// Fahrenheit em graus Celsius.

int main (int numargs, char *arg[]) {
   if (numargs != 4) {
      printf ("Número de argumentos errado.\n");
      return EXIT_FAILURE;
   }
   int inf = strtol (arg[2], NULL, 10);
   int sup = strtol (arg[3], NULL, 10);
   // arg[2] e arg[3] devem representar inteiros 
   // no intervalo INT_MIN..INT_MAX
   if (strcmp (arg[1], "c-f") == 0) {
      printf ("Celsius Fahrenheit\n");
      for (int c = inf; c <= sup; c += 1) 
         printf ("%7d %10.2f\n", c, 9.0/5.0*c + 32);
      return EXIT_SUCCESS;
   }
   if (strcmp (arg[1], "f-c") == 0) {
      printf ("Fahrenheit  Celsius\n");
      for (int f = inf; f <= sup; f += 1) 
         printf ("%10d %8.2f\n", f, 5.0*(f-32)/9.0);
      return EXIT_SUCCESS;
   }
   return EXIT_FAILURE;
} 

Redirecionamento de entrada/saída.  Se um argumento na linha de comando for o nome de um arquivo precedido pelo caractere  <  então esse arquivo passa a fazer o papel da entrada padrão.  Analogamente, se um argumento na linha de comando for o nome de um arquivo precedido pelo caractere  >  então esse arquivo passa a fazer o papel da saída padrão.  Por exemplo, se o arquivo in.txt no diretório corrente contém

222  333

e average é o nome do programa no primeiro exemplo deste capítulo, então a invocação

~$ ./average  < in.txt > out.txt

produzirá um arquivo out.txt com o seguinte conteúdo:

A média de 222 e 333 é 277.500000

Exercícios 2