关于EOF的那点事
EOF指的是什么东西？怎么用？能吃吗（bushi）
介绍
初学C++，C语言的程序员在CSDN、SegmentFault上提的最多的问题便是
如何在读取用户输入或读取文件时处理EOF（End-of-file，文件结尾）条件？
然而，几乎所有的此类问题都体现了提问者对EOF这个概念的完全误解。本文章试着解释这个令人困惑的问题。
EOF字符
初学者对EOF的第一个误解就是“EOF字符” — 简单地说，总有人觉得EOF是一个字符，实际上“EOF字符”这玩意儿压根就不存在。
无论是Windows还是Linux都没有用来“标记文件结尾”的这么一个字符。用Windows记事本、Linux的Vim甚至任何操作系统的任何编辑器创建一个文本文件，你在其中不会找到任何的“EOF特殊标识符”。Windows和Linux的文件系统知道文件内容具体占了几个字节，所以根本不需要用字符标记出文件结尾。
那“EOF字符”这个概念又是从哪来的呢？原来，在很久很久以前，一个遥远的国度有一个Zilog Z80和英特尔8080等8位元处理器使用的操作系统，叫做CP/M。CP/M的文件系统并不知道一个文件具体有几字节，只知道这个文件占用了几个磁盘块。
比如这个文件：
hello world
系统只知道它占用了1个磁盘块（128字节）并不知道它的实际大小是11字节。由于许多程序必须知道文件的准确大小，它们采用了文件结尾标识符，追加在文件的结尾。他们重用了ASCII编码中的 Ctrl-Z 字符（26₁₀，0x1A，原本用途不详）当作EOF字符 — 当CP/M程序读到 Ctrl-Z 字符时便会停止继续读取后面的内容。注意这只是程序开发者间的一个惯例，CP/M系统本身并不会对 Ctrl-Z 做特殊处理。且EOF字符不适用于二进制文件：读取二进制文件的程序有其他识别EOF的办法。
后来MS-DOS出现，微软为了市场决定要把系统搞得尽量和CP/M兼容，于是他们把许多CP/M程序不重写源码，直接扔进了8080-8086机器码转换器。结果就是这些旧程序依然把 Ctrl-Z 当作EOF标识符，其中有不少存活到了今天。微软的C语言运行库就留存有这种对文本文件里 Ctrl-Z 的处理方式。不过还要注意，Windows作为一个操作系统不知道，也不关心 Ctrl-Z 的特殊意义：这个锅得找几乎每个Windows程序都调用的运行库来背。对了，Linux（和其他Unix系统）从来都没有以任何形式用过任何“EOF字符”。
范例代码
下面的C++代码可以展现出上述运行库的特性：
#include <iostream>
#include <fstream>
using namespace std;
int main() {
ofstream ofs( "myfile.txt" );
ofs << "line 1\n";
ofs << char(26);
ofs << "line 2\n";
}
在Windows和Linux上运行这段代码，会创建一个文本文件，两行字中间夹着一个 Ctrl-Z 字符。按理说这两个系统都不会按照这个字符的特殊意义进行输出。
可在Windows命令行注1 里输出该文件内容时，只有第一行被打印了出来：
C:\Users\fengshuo\Desktop>type myfile.txt
line 1
而在Linux上，两行（加上中间的问号注2 ）都被打印出来了：
fengshuo@fengshuo:/mnt/c/Users/fengshuo/Desktop$ cat myfile.txt
line 1
�line 2
您要是以为这个区别是Windows系统造成的，那您就错了。把文件用Windows记事本打开试试：
搞什么鬼？怎么又不转义 Ctrl-Z 啦？
文本模式VS二进制模式
那么type命令和记事本又有什么本质上的区别呢？事实是：我也不知道。也许type命令会在文件里检查特殊字符。但可以肯定的是，Windows程序员在使用C++的iostream库和C语言的stream库时可以选择以文本模式或者二进制模式打开文件，这个选择会影响读到的内容。
这是C++读取文本文件的典型方法：
#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>
using namespace std;
int main() {
ifstream ifs( "myfile.txt" );
string line;
while( getline( ifs, line ) ) {
cout << line << '\n';
}
}
在Windows上运行这段代码，得到输出:
line 1
证明了 Ctrl-Z 的确会被当做EOF标识对待。不过改改之前代码，把文件用二进制模式打开：
ifstream ifs( "myfile.txt", ios::binary );
结果输出：
line 1
�line 2
这说明 Ctrl-Z 只会在默认的文本模式中受到特殊对待 — 在二进制模式下会被像其他ASCII字符一样对待。此话仅适用于Windows，在Linux中以上两个程序的行为完全一致。
得到的总结有两点：
- 如果你想让你的可移植文件注3 以文本模式正确读取，不要往里嵌入
Ctrl-Z字符 - 如果你的可移植文件里必须有
Ctrl-Z，请确保程序以二进制模式打开它
Linux的Ctrl-D
许多Linux用户表示“诶？那我用来结束shell输入的 Ctrl-D 呢？它不是EOF字符吗？” 抱歉还真不是。
你可以试试往文本文件里写入一个 Ctrl-D 再cat出来，Linux才不管这个字符呢。这个 Ctrl-D 只是个“快捷键”，是你给shell终端的一个信号，告诉它要关闭stdin流 — 也就是说，这个字符不会被送进程序的输入流 — 不仅如此，这个“快捷键”还能改！以下命令就把当前会话用来“结束输入”的快捷键从默认的 Ctrl-D 改为 Ctrl-Y ：
stty eof ^Y
C++和C语言里的EOF
EOF常量
再增加点奇怪的知识：C++和C语言里有个叫EOF的常量。EOF常量是在C语言的 <stdio.h> 和C++的 <cstdio> 里定义的：
#define EOF (-1)
可以发现这个EOF跟 Ctrl-Z 一点关系都没有，它的值不是26而是-1，类型也不是char而是int。它用作getchar函数的返回值：
int getchar(void);
这个getchar()函数用来一个字符一个字符地读取stdin，当遇到文件结尾时便会返回EOF常量。这个函数返回的是int：带符号int和char比大小，结果不一定像你想象的那样。getchar()的典型用法是像下面这样读stdin：
#include <stdio.h>
int main() {
int c;
while( (c = getchar()) != EOF ) {
putchar( c );
}
}
eof() 和 feof() 函数
最后一层程序员迷惑行为：C++和C提供了检查输入流状态的这两个布尔函数。所以我也顺便讲讲他们的正确用途：
eof() 和 feof() 用来检查一个输入流是否遇到了End-of-File条件。这个条件只会在一次读取注4 以后出现。如果在任何情况下，这两个函数会于读操作发生之前被调用，你写的代码有问题！ 永远不要在循环里使用EOF函数注5 。
为了说明这一点，咱们写一个“读取文本文件，并标上行号打印出来”的程序。许多新手会这样写：
#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>
using namespace std;
int main() {
ifstream ifs( "afile.txt" );
int n = 0;
while( ! ifs.eof() ) {
string line;
getline( ifs, line );
cout << ++n << " " << line << '\n';
}
}
这吒看着没啥毛病，但是请听我一句劝 — 如果eof()函数在读操作发生之前被调用，你写的代码有问题！ 想象一下如果afile.txt是空的会怎样：第一次调用eof()会因为还没有进行读操作而返回false，然后循环体被执行，输出一个行标为1的空行，最后再次调用eof()返回true，while条件为false则跳出循环。输出的那个空行并不存在于文件中。这个程序的问题就在于它总在结尾输出一个多余的空行。
正确的打开方式是，在读操作以后调用eof()，或者根本不调用。如果你的程序不需要检测除EOF以外的特殊情况，你可以直接这么写：
int main() {
ifstream ifs( "afile.txt" );
int n = 0;
string line;
while( getline( ifs, line ) ) {
cout << ++n << " " << line << '\n';
}
}
这里用到了转换操作符，把getline()的的返回值（一个文件流对象）转换成布尔值 — 循环会重复执行直到文件流遇到End-of-File（或者其他错误）。
同理，下面这段C语言代码也是有问题的：
#include <stdio.h>
int main() {
FILE * f = fopen( "afile.txt", "r" );
char line[100];
int n = 0;
while( ! feof( f ) ) {
fgets( line, 100, f );
printf( "%d %s", ++n, line );
}
fclose( f );
}
如果打开的文件是空的，肯定会导致程序打印出一大堆内存垃圾甚至出现其他不确定行为。应当写成：
#include <stdio.h>
int main() {
FILE * f = fopen( "afile.txt", "r" );
char line[100];
int n = 0;
while( fgets( line, 100, f ) != NULL ) {
printf( "%d %s", ++n, line );
}
fclose( f );
}
此时，eof() 和 feof() 函数表示自己很鸡肋，被包括在C++和C标准库里却没有什么用处。不对！如果你的程序要处理其他读取错误，这两个函数可以帮助把其他错误和EOF区分出来：
#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>
using namespace std;
int main() {
ifstream ifs( "afile.txt" );
int n = 0;
string line;
while( getline( ifs, line ) ) {
cout << ++n << " " << line << '\n';
}
if ( ifs.eof() ) {
// 没有出现读取错误，只触发了EOF条件
}
else {
// 出现了EOF以外的某种读取错误
}
}
总结
整篇文章也许把EOF问题描述的过于复杂了，但你只需要记住三点：
- 没有所谓的EOF字符，除非你用文本模式在Windows上打开文件，或者在程序里自己实现一个
- C++和C语言里的EOF常量与ASCII字符无关，它被一些库函数引用为特殊返回值。
- 不要把 eof() 或 feof() 放在循环里
希望这篇文章解答了您对EOF概念的困惑，也帮助您避免写出相关的bug！
注1：指的是cmd不是powershell，powershell的type命令和linux的cat一样
注2：之所以在这里打印出问号，是因为cat把 Ctrl-Z 像别的字符一样读取并送进了stdout流，但 Ctrl-Z 对应的ASCII码26又不是可打印字符，所以被你的终端替换成了“�”。
注3：能用任何系统上的任何程序打开的文件
注4：无论读取操作成功或失败
注5：实际上只要保证函数在循环的末尾执行就没问题，但为保险起见我建议您避免使用 eof() 和 feof()