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基於C語言sprintf函數的深入理解

編輯:C語言基礎知識
printf 可能是許多程序員在開始學習C語言時接觸到的 第二個函數(我猜第一個是main),說起來,自然是老朋友了,可是,你對這個老朋友了解多嗎?你對它的那個孿生兄弟sprintf了解多嗎?在將各種類 型的數據構造成字符串時,sprintf的強大功能很少會讓你失望。
由於sprintf跟printf在用法上幾乎一樣,只是打印的目的地不同而已,前者打印到字符串中,後者則直接在命令行上輸出。這也導致sprintf比printf有用得多。所以本文著重介紹sprintf,有時也穿插著用用 pritnf。
sprintf是個變參函數,定義如下:
int sprintf( char *buffer, const char *format [, argument] … );
除了前兩個參數類型固定外,後面可以接任意多個參數。而它的精華,顯然就在第二個參數:格式化字符串上。
printf 和sprintf都使用格式化字符串來指 定串的格式,在格式串內部使用一些以“%”開頭的格式說明符(format specifications)來占據一個位置,在後邊的變參列表中提供相應的變量,最終函數就會用相應位置的變量來替代那個說明符,產生一個調用者想要 的字符串。
1. 格式化數字字符串
sprintf最常見的應用之一莫過於把整數打印到字符串中,所以,spritnf在大多數場合可以替代itoa。如:
//把整數123打印成一個字符串保存在s中。
sprintf(s, “%d”, 123);   //產生“123″
可以指定寬度,不足的左邊補空格:
sprintf(s, “%8d%8d”, 123, 4567); //產生:“    123    4567″
當然也可以左對齊:
sprintf(s, “%-8d%8d”, 123, 4567); //產生:“123         4567″
也可以按照16進制打印:
sprintf(s, “%8x”, 4567); //小寫16進制,寬度占8個位置,右對齊
sprintf(s, “%-8X”, 4568); //大寫16進制,寬度占8個位置,左對齊
這樣,一個整數的16進制字符串就很容易得到,但我們在打印16進制內容時,通常想要一種左邊補0的等寬格式,那該怎麼做呢?很簡單,在表示寬度的數字前面加個0就可以了。
sprintf(s, “%08X”, 4567); //產生:“000011D7″
上面以”%d”進行的10進制打印同樣也可以使用這種左邊補0的方式。
這裡要注意一個符號擴展的問題:比如,假如我們想打印短整數(short)-1的內存16進制表示形式,在Win32平台上,一個 short型占2個字節,所以我們自然希望用4個16進制數字來打印它:
short si = -1;
sprintf(s, “%04X”, si);
產生“FFFFFFFF”,怎麼回事?因為 spritnf是個變參函數,除了前面兩個參數之外,後面的參數都不是類型安全的,函數更沒有辦法僅僅通過一個“%X”就能得知當初函數調用前參數壓棧時 被壓進來的到底是個4字節的整數還是個2字節的短整數,所以采取了統一4字節的處理方式,導致參數壓棧時做了符號擴展,擴展成了32位的整數-1,打印時 4個位置不夠了,就把32位整數-1的8位16進制都打印出來了。如果你想看si的本來面目,那麼就應該讓編譯器做0擴展而不是符號擴展(擴展時二進制左 邊補0而不是補符號位):
sprintf(s, “%04X”, (unsigned short)si);
就可以了。或者:
unsigned short si = -1;
sprintf(s, “%04X”, si);
sprintf和printf還可以按8進制打印整數字符串,使用”%o”。注意8進制和16進制都不會打印出負數,都是無符號的,實際上也就是變量的內部編碼的直接的16進制或8進制表示。
2. 控制浮點數打印格式
浮點數的打印和格式控制是sprintf的又一大常用功能,浮點數使用格式符”%f”控制,默認保留小數點後6位數字,比如:
sprintf(s, “%f”, 3.1415926);    //產生“3.141593″
但有時我們希望自己控制打印的寬度和小數位數,這時就應該使用:”%m.nf”格式,其中m表示打印的寬度,n表示小數點後的位數。比如:
sprintf(s, “%10.3f”, 3.1415626);   //產生:“     3.142″
sprintf(s, “%-10.3f”, 3.1415626); //產生:“3.142     ”
sprintf(s, “%.3f”, 3.1415626); //不指定總寬度,產生:“3.142″
注意一個問題,你猜
int i = 100;
sprintf(s, “%.2f”, i);
會打出什麼東東來?“100.00”?對嗎?自己試試就知道了,同時也試試下面這個:
sprintf(s, “%.2f”, (double)i);
第一個打出來的肯定不是正確結果,原因跟前面提到的一樣,參數壓棧時調用者並不知道跟i相對應的格式控制符是個”%f”。而函數執行時函數本身則並不知道當年被壓入棧裡的是個整數,於是可憐的保存整數i的那4個字節就被不由分說地強行作為浮點數格式來解釋了,整個亂套了。
不過,如果有人有興趣使用手工編碼一個浮點數,那麼倒可以使用這種方法來檢驗一下你手工編排的結果是否正確。J
字符/Ascii碼對照
我們知道,在C/C++語言中,char也是一種普通 的scalable類型,除了字長之外,它與short,int,long這些類型沒有本質區別,只不過被大家習慣用來表示字符和字符串而已。(或許當年 該把這個類型叫做“byte”,然後現在就可以根據實際情況,使用byte或short來把char通過typedef定義出來,這樣更合適些)
於是,使用”%d”或者”%x”打印一個字符,便能得 出它的10進制或16進制的ASCII碼;反過來,使用”%c”打印一個整數,便可以看到它所對應的ASCII字符。以下程序段把所有可見字符的 ASCII碼對照表打印到屏幕上(這裡采用printf,注意”#”與”%X”合用時自動為16進制數增加”0X”前綴):
for(int i = 32; i < 127; i++) {
printf(”[ %c ]: %3d 0x%#04X/n”, i, i, i);
}
3. 連接字符串
sprintf的格式控制串中既然可以插入各種東西,並最終把它們“連成一串”,自然也就能夠連接字符串,從而在許多場合可以替代strcat,但sprintf能夠一次連接多個字符串(自然也可以同時在它們中間插入別的內容,總之非常靈活)。比如:
char* who = “I”;
char* whom = “CSDN”;
sprintf(s, “%s love %s.”, who, whom); //產生:“I love CSDN. ”
strcat 只能連接字符串(一段以'/0'結尾的字 符數組或叫做字符緩沖,null-terminated-string),但有時我們有兩段字符緩沖區,他們並不是以'/0'結尾。比如許多從第三方庫函 數中返回的字符數組,從硬件或者網絡傳輸中讀進來的字符流,它們未必每一段字符序列後面都有個相應的'/0'來結尾。如果直接連接,不管是sprintf 還是strcat肯定會導致非法內存操作,而strncat也至少要求第一個參數是個null-terminated-string,那該怎麼辦呢?我們 自然會想起前面介紹打印整數和浮點數時可以指定寬度,字符串也一樣的。比如:
char a1[] = {'A', ‘B', ‘C', ‘D', ‘E', ‘F', ‘G'};
char a2[] = {'H', ‘I', ‘J', ‘K', ‘L', ‘M', ‘N'};
如果:
sprintf(s, “%s%s”, a1, a2); //Don't do that!
十有八九要出問題了。是否可以改成:
sprintf(s, “%7s%7s”, a1, a2);
也沒好到哪兒去,正確的應該是:
sprintf(s, “%.7s%.7s”, a1, a2);//產生:“ABCDEFGHIJKLMN”
這可以類比打印浮點數的”%m.nf”,在”%m.ns”中,m表示占用寬度(字符串長度不足時補空格,超出了則按照實際寬度打印),n才表示從相應的字符串中最多取用的字符數。通常在打印字符串時m沒什麼大用,還是點號後面的n用的多。自然,也可以前後都只取部分字符:
sprintf(s, “%.6s%.5s”, a1, a2);//產生:“ABCDEFHIJKL”
在許多時候,我們或許還希望這些格式控制符中用以指定 長度信息的數字是動態的,而不是靜態指定的,因為許多時候,程序要到運行時才會清楚到底需要取字符數組中的幾個字符,這種動態的寬度/精度設置功能在 sprintf的實現中也被考慮到了,sprintf采用”*”來占用一個本來需要一個指定寬度或精度的常數數字的位置,同樣,而實際的寬度或精度就可以 和其它被打印的變量一樣被提供出來,於是,上面的例子可以變成:
sprintf(s, “%.*s%.*s”, 7, a1, 7, a2);
或者:
sprintf(s, “%.*s%.*s”, sizeof(a1), a1, sizeof(a2), a2);
實際上,前面介紹的打印字符、整數、浮點數等都可以動態指定那些常量值,比如:
sprintf(s, “%-*d”, 4, ‘A'); //產生“65 ”
sprintf(s, “%#0*X”, 8, 128);    //產生“0X000080″,“#”產生0X
sprintf(s, “%*.*f”, 10, 2, 3.1415926); //產生“      3.14″
4. 打印地址信息
有時調試程序時,我們可能想查看某些變量或者成員的地址,由於地址或者指針也不過是個32位的數,你完全可以使用打印無符號整數的”%u”把他們打印出來:
sprintf(s, “%u”, &i);
不過通常人們還是喜歡使用16進制而不是10進制來顯示一個地址:
sprintf(s, “%08X”, &i);
然而,這些都是間接的方法,對於地址打印,sprintf 提供了專門的”%p”:
sprintf(s, “%p”, &i);
我覺得它實際上就相當於:
sprintf(s, “%0*x”, 2 * sizeof(void *), &i);
5. 利用sprintf的返回值
較少有人注意printf/sprintf函數的返回值,但有時它卻是有用的,spritnf返回了本次函數調用最終打印到字符緩沖區中的字符數目。也就是說每當一次sprinf調用結束以後,你無須再調用一次strlen便已經知道了結果字符串的長度。如:
int len = sprintf(s, “%d”, i);
對於正整數來說,len便等於整數i的10進制位數。
下面的是個完整的例子,產生10個[0, 100)之間的隨機數,並將他們打印到一個字符數組s中,以逗號分隔開。
代碼如下:

#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
srand(time(0));
char s[64];
int offset = 0;
for(int i = 0; i < 10; i++) {
offset += sprintf(s + offset, “%d,”, rand() % 100);
}
s[offset - 1] = ‘/n';//將最後一個逗號換成換行符。
printf(s);
return 0;
}

設想當你從數據庫中取出一條記錄,然後希望把他們的各 個字段按照某種規則連接成一個字符串時,就可以使用這種方法,從理論上講,他應該比不斷的strcat效率高,因為strcat每次調用都需要先找到最後 的那個'/0'的位置,而在上面給出的例子中,我們每次都利用sprintf返回值把這個位置直接記下來了。
6. 使用sprintf的常見問題
sprintf是個變參函數,使用時經常出問題,而且只要出問題通常就是能導致程序崩潰的內存訪問錯誤,但好在由sprintf誤用導致的問題雖然嚴重,卻很容易找出,無非就是那麼幾種情況,通常用眼睛再把出錯的代碼多看幾眼就看出來了。
?? 緩沖區溢出
第一個參數的長度太短了,沒的說,給個大點的地方吧。當然也可能是後面的參數的問題,建議變參對應一定要細心,而打印字符串時,盡量使用”%.ns”的形式指定最大字符數。
?? 忘記了第一個參數
低級得不能再低級問題,用printf用得太慣了。//偶就常犯。:。(
?? 變參對應出問題
通常是忘記了提供對應某個格式符的變參,導致以後的參數統統錯位,檢查檢查吧。尤其是對應”*”的那些參數,都提供了嗎?不要把一個整數對應一個”%s”,編譯器會覺得你欺她太甚了(編譯器是obj和exe的媽媽,應該是個女的,:P)。
7. strftime
sprintf還有個不錯的表妹:strftime,專門用於格式化時間字符串的,用法跟她表哥很像,也是一大堆格式控制符,只是畢竟小姑娘家心細,她還要調用者指定緩沖區的最大長度,可能是為了在出現問題時可以推卸責任吧。這裡舉個例子:
代碼如下:

time_t t = time(0);
//產生“YYYY-MM-DD hh:mm:ss”格式的字符串。
char s[32];
strftime(s, sizeof(s), “%Y-%m-%d %H:%M:%S”, localtime(&t));

sprintf在MFC中也能找到他的知音:CString::Format,strftime在MFC中自然也有她的同道:CTime::Format,這一對由於從面向對象哪裡得到了贊助,用以寫出的代碼更覺優雅。
8. 後記
本文介紹的所有這些功能,在MSDN中都可以很容易地查到,筆者只是根據自己的使用經驗,結合一些例子,把一些常用的,有用的,而可能為許多初學者所不知的用法介紹了一點,希望大家不要笑話,也希望大家批評指正。
有人認為這種帶變參的函數會引起各種問題,因而不提倡使用。但筆者本人每每還是抵擋不了它們強大功能的誘惑,在實際工作中一直在使用。實際上,C#.NET 從開始就支持變參,剛發布不久的Java5.0也支持變參了。
①獲取System
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