C语言printf() 详解之终极无惑

嵌入式大杂烩 2021-06-22 22:00

来源:CSDN - 恋猫大鲤鱼


编译环境:Linux 环境以 g++ 4.4.6 编译成 64 位程序

1.printf() 简介

printf() 是 C 语言标准库函数,用于将格式化后的字符串输出到标准输出。标准输出,即标准输出文件,对应终端的屏幕。printf() 申明于头文件 stdio.h。

函数原型:

int printf ( const char * format, ... );

返回值:
正确返回输出的字符总数,错误返回负值。与此同时,输入输出流错误标志将被置值,可由指示器函数 ferror(FILE *stream) 来检查输入输出流的错误标志,如果 ferror() 返回一个非零值,表示出错。

调用格式:

printf("格式化字符串", 输出表列)

格式化字符串包含三种对象,分别为:
(1)字符串常量;
(2)格式控制字符串;
(3)转义字符。

字符串常量原样输出,在显示中起提示作用。输出表列中给出了各个输出项,要求格式控制字符串和各输出项在数量和类型上应该一一对应。其中格式控制字符串是以 % 开头的字符串,在 % 后面跟有各种格式控制符,以说明输出数据的类型、宽度、精度等。

2.格式控制字符串详解

printf() 的格式控制字符串组成如下:

%[flags][width][.prec][length]type

分别为:

%[标志][最小宽度][.精度][类型长度]类型。

2.1 类型(type)

首先说明类型,因为类型是格式控制字符串的重中之重,是必不可少的组成部分,其它的选项都是可选的。type 用于规定输出数据的类型,含义如下:

字符对应数据类型含义示例
d/iint输出十进制有符号 32bits 整数,i 是老式写法printf("%i",123);输出123
ounsigned int无符号8进制(octal)整数(不输出前缀0)printf("0%o",123);输出0173
uunsigned int无符号10进制整数printf("%u",123);输出123
x/Xunsigned int无符号16进制整数,x对应的是abcdef,X对应的是ABCDEF(不输出前缀0x)printf("0x%x 0x%X",123,123);输出0x7b 0x7B
f/lffloat(double)单精度浮点数用f,双精度浮点数用lf(printf可混用,但scanf不能混用)printf("%.9f %.9lf",0.000000123,0.000000123);输出0.000000123 0.000000123。注意指定精度,否则printf默认精确到小数点后六位
Ffloat(double)与f格式相同,只不过 infinity 和 nan 输出为大写形式。例如printf("%f %F %f %F\n",INFINITY,INFINITY,NAN,NAN);输出结果为inf INF nan NAN
e/Efloat(double)科学计数法,使用指数(Exponent)表示浮点数,此处"e"的大小写代表在输出时“e”的大小写printf("%e %E",0.000000123,0.000000123);输出1.230000e-07 1.230000E-07
gfloat(double)根据数值的长度,选择以最短的方式输出,%f或%eprintf("%g %g",0.000000123,0.123);输出1.23e-07 0.123
Gfloat(double)根据数值的长度,选择以最短的方式输出,%f或%Eprintf("%G %G",0.000000123,0.123);输出1.23E-07 0.123
cchar字符型。可以把输入的数字按照ASCII码相应转换为对应的字符printf("%c\n",64)输出A
schar*字符串。输出字符串中的字符直至字符串中的空字符(字符串以空字符’\0‘结尾)printf("%s","测试test");输出:测试test
Swchar_t*宽字符串。输出字符串中的字符直至字符串中的空字符(宽字符串以两个空字符’\0‘结尾)setlocale(LC_ALL,"zh_CN.UTF-8");

wchar_t wtest[]=L"测试Test";
printf("%S\n",wtest);
输出:测试test | | p | void* | 以16进制形式输出指针 | printf("0x%p","lvlv");输出:0x000000013FF73350 | | n | int* | 什么也不输出。%n对应的参数是一个指向signed int的指针,在此之前输出的字符数将存储到指针所指的位置 | int num=0;
printf("lvlv%n",&num);
printf("num:%d",num);
输出:lvlvnum:4 | | % | 字符% | 输出字符‘%’(百分号)本身 | printf("%%");输出:% | | m | 无 | 打印errno值对应的出错内容 | printf("%m\n"); | | a/A | float(double) | 十六进制p计数法输出浮点数,a为小写,A为大写 | printf("%a %A",15.15,15.15);输出:0x1.e4ccccccccccdp+3 0X1.E4CCCCCCCCCCDP+3 |

注意:
(1)使用 printf() 输出宽字符时,需要使用 setlocale 指定本地化信息并同时指明当前代码的编码方式。除了使用 %S,还可以使用 %ls。

(2)printf() 输出 bool 类型无专用类型标识符,实际输出时按照整型 0 或 1 输出布尔值。

(3)%a 和 %A 是 C99 引入的格式化类型,采用十六进制 p 计数法输出浮点数。p 计数法类似 E 科学计数法,但有所不同。数以 0x 开头,然后是 16 进制浮点数部分,接着是 p 后面是以 2 为底的阶码。以上面输出的 15.15 为例,推算输出结果。15.15 转换成二进制为1111.00 1001 1001 1001 1001 ...,因为二进制表示数值的离散特点,计算机对于小数有时是不能精确表示的,比如 0.5 可以精确表示为 0. 1 2 0.1_2 0.12,而 0.15 却不能精确表示。将15.15 对应的二进制右移三位,为1.1110 0100 1100 1100 1100 ...转换对应的十六进制就是0x1.e4ccccccccccd,注意舍入时向高位进了1位。由于右移三位,所以二进制阶码是 3。最后的结果就是 0x1.e4ccccccccccdp+3。

(4)格式控制字符串除了指明输出的数据类型,还可以包含一些其它的可选的格式说明,依序有 flags, width, .precision and length。下面一一讲解。

2.2 标志(flags)

flags 规定输出样式,取值和含义如下:

字符名称说明
-减号结果左对齐,右边填空格。默认是右对齐,左边填空格。
+加号输出符号(正号或负号)
space空格输出值为正时加上空格,为负时加上负号
#井号type是o、x、X时,增加前缀0、0x、0X。

type是a、A、e、E、f、g、G时,一定使用小数点。默认的,如果使用.0控制不输出小数部分,则不输出小数点。
type是g、G时,尾部的0保留。| | 0 | 数字零 | 将输出的前面补上0,直到占满指定列宽为止(不可以搭配使用“-”) |

示例:

printf("%5d\n",1000);     //默认右对齐,左边补空格
printf("%-5d\n",1000);     //左对齐,右边补空格

printf("%+d %+d\n",1000,-1000);  //输出正负号

printf("% d % d\n",1000,-1000);  //正号用空格替代,负号输出

printf("%x %#x\n",1000,1000);  //输出0x

printf("%.0f %#.0f\n",1000.0,1000.0)//当小数点后不输出值时依然输出小数点

printf("%g %#g\n",1000.0,1000.0); //保留小数点后后的0

printf("%05d\n",1000);    //前面补0

输出结果为:

2.3 输出最小宽度(width)

用十进制整数来表示输出的最少位数。若实际位数多于指定的宽度,则按实际位数输出,若实际位数少于定义的宽度则补以空格或0。width的可能取值如下:

width描述示例
数值十进制整数printf("%06d",1000);输出:001000
*星号。不显示指明输出最小宽度,而是以星号代替,在printf的输出参数列表中给出printf("%0*d",6,1000);输出:001000

2.4 精度(.precision)

精度格式符以“.”开头,后跟十进制整数。可取值如下:

.precision描述
.数值十进制整数。

(1)对于整型(d,i,o,u,x,X),precision表示输出的最小的数字个数,不足补前导零,超过不截断。
(2)对于浮点型(a, A, e, E, f ),precision表示小数点后数值位数,默认为六位,不足补后置0,超过则截断。
(3)对于类型说明符g或G,表示可输出的最大有效数字。
(4)对于字符串(s),precision表示最大可输出字符数,不足正常输出,超过则截断。
precision不显示指定,则默认为0 | | .* | 以星号代替数值,类似于width中的*,在输出参数列表中指定精度。|

示例:

printf("%.8d\n",1000);   //不足指定宽度补前导0,效果等同于%08d
printf("%.8f\n",1000.123456789);//超过精度,截断
printf("%.8f\n",1000.123456); //不足精度,补后置0
printf("%.8g\n",1000.123456); //最大有效数字为8位
printf("%.8s\n",“abcdefghij”); //超过指定长度截断

输出结果:

00001000
1000.12345679
1000.12345600
1000.1235
abcdefgh

注意: 在对浮点数和整数截断时,存在四舍五入。

2.5 类型长度(length)

类型长度指明待输出数据的长度。因为相同类型可以有不同的长度,比如整型有 char(8bits)、short int(16bits),int(32bits)和 long int(64bits),浮点型有 32bits 的单精度 float 和 64bits 的双精度 double。为了指明同一类型的不同长度,于是乎,类型长度(length)应运而生,成为格式控制字符串的一部分。

因为 Markdown 表格不支持单元格合并,背景颜色等样式,所以直接引用C++ reference.printf http://www.cplusplus.com/reference/cstdio/printf/?kw=printf)的表格。

注意: 黄色背景行标识的类型长度说明符和相应的数据类型是C99引入的。

示例代码:

printf("%hhd\n",'A');    //输出有符号char
printf("%hhu\n",'A'+128);   //输出无符号char
printf("%hd\n",32767);    //输出有符号短整型short int
printf("%hu\n",65535);    //输出无符号短整型unsigned short int
printf("%ld\n",0x7fffffffffffffff); //输出有符号长整型long int
printf("%lu\n",0xffffffffffffffff); //输出有符号长整型unsigned long int

输出结果:

65
193
32767
65535
9223372036854775807
18446744073709551615

注意:
long int 到底是 32bits 还是 64bits 跟生成的程序是 32bits 还是 64bits 一一对应,如果使用 g++ 编译程序的话,可通过-m32-m64选项分别生成 32bits 和 64bits 的程序。因本人测试代码编译生成的是 64bits 的程序,所以 long int 也就是 64btis。

3.转义字符

转义字符在字符串中会被自动转换为相应操作命令。printf() 使用的常见转义字符如下:

转义字符意义
\a警报(响铃)符
\b回退符
\f换页符
\n换行符
\r回车符
\t横向制表符
\v纵向制表符
\\反斜杠
\"双引号

4.关于 printf 缓冲

在 printf 的实现中,在调用 write 之前先写入 IO 缓冲区,这是一个用户空间的缓冲。系统调用是软中断,频繁调用,需要频繁陷入内核态,这样的效率不是很高,而 printf 实际是向用户空间的 IO 缓冲写,在满足条件的情况下才会调用 write 系统调用,减少 IO 次数,提高效率。

printf(…) 在 glibc 中默认为行缓冲,遇到以下几种情况会刷新缓冲区,输出内容:
(1)缓冲区填满;
(2)写入的字符中有换行符\n或回车符\r
(3)调用 fflush(…) 手动刷新缓冲区;
(4)调用 scanf(…) 从输入缓冲区中读取数据时,也会将输出缓冲区内的数据刷新。

可使用setbuf(stdout,NULL)关闭行缓冲,或者setbuf(stdout,uBuff)设置新的缓冲区,uBuff 为自己指定的缓冲区。也可以使用setvbuf(stdout,NULL,_IOFBF,0);来改变标准输出为全缓冲。全缓冲与行缓冲的区别在于遇到换行符不刷新缓冲区。

printf(…) 在 VC++ 中默认关闭缓冲区,输出时会及时输到屏幕 [ 3 ] ^{[3]} [3]。如果显示开启缓冲区,只能设置全缓冲。因为微软闭源,所以无法研究 printf(…) 的实现源码。

Linux 和 Windows 下的缓冲区管理可见:C的全缓冲、行缓冲和无缓冲 http://blog.csdn.net/k346k346/article/details/63259524)。

5.printf 与 wprintf 不能同时使用

该小结写在 2018 年 1 月15 日。两年后的今日,在网上苦苦搜索寻求答案,终于解决了之前的疑惑。

在输出宽字符串时,发现将 printf 和 wprintf 同时使用时,则后使用的函数没有输出。这里建议不要同时使用 printf 和 wprintf,以免发生错误。

printf 和 wprintf 不能同时输出宽字符串的示例代码如下:

#include <stdio.h>
#include <wchar.h>
#include <locale.h>

int main(int argc,char* argv[])
{
 char test[]="测试Test";
 setlocale(LC_ALL,"zh_CN.UTF-8");
    wchar_t wtest[]=L"0m~K0m~UTest";
 printf("printf:%S\n",wtest);     //语句1:可正常输出"测试Test"
    wprintf(L"wprintf:%S\n",wtest);  //语句2:无任何内容输出
}

上面的代码中语句 1 和语句 2 不能同时存在,否则只能正常输出第一个。也不知道在 Windows 平台是否也存在这种问题,有兴趣的读者可以尝试一下。关于原因,GNU 官方文档中有明确说明不能同时使用 printf 与 wprintf,参见The GNU C Library Section 12.6 Streams in Internationalized Applications http://www.gnu.org/software/libc/manual/html_node/Streams-and-I18N.html#Streams-and-I18N),内容如下:

It is important to never mix the use of wide and not wide operations on a stream. There are no diagnostics issued. The application behavior will simply be strange or the application will simply crash. 

这里是因为输出流在被创建时,不存在流定向,一旦使用了 printf(多字节字符串) 或 wprintf(宽字符串)后,就被设置为对应的流定向,且无法更改。可以使用如下函数获取当前输出流的流定向。

//
//@param: stream:文件流;mode:取值可以 >0、=0 或 <0
//@ret: <0:流已被设置为多字节流定向;=0:流尚未被设置;>0:流已被设置为宽字符流定向
//
int fwide (FILE* stream, int mode);

//获取当前标准输出流定向
int ret=fwide(stdout,0);

通过 fwide 可以设置当前流定向,前提是未有任何的 I/O 操作,也就是当前流尚未被设置任何流定向。顺带吐槽一下,不知为何标准库函数 fwide 实现的如此受限。具体操作如下:

//设置标准输出流定向为多字节流定向
fwide(stdout-1);

//设置标准输出流定向为宽字符流定向
fwide(stdout1);

既然 GNU C 存在这个问题,那该如何解决呢?这里有两种办法:
(1)统一使用一种函数。
例如:

wprintf(L"%s","a\n");
wprintf(L"b\n");

//或
printf("a\n");
printf("%ls\n"L"b");

(2)使用 C 标准库函数 freopen(…) 清空流定向。

//重新打开标准输出流,清空流定向
FILE* pFile=freopen("/dev/tty""w"stdout);
wprintf(L"wide freopen succeeded\n");

//重新打开标准输出流,清空流定向
pFile=freopen("/dev/tty""w"stdout);
printf("narrow freopen succeeded\n");

上面可以让 printf(…) 与 wprintf(…) 同时使用。

6.小结

耗时将近两年,终于完成了此篇看似基础,但却纷繁复杂的 printf(…) 用法。由于时间和个人水平有限,文章不足之处在所难免,也请读者批评指正,不甚感激。



来源:https://dablelv.blog.csdn.net/article

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