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  • printf家族探秘

    有一个函数,是我们从学习c语言就开始的第一天就接触的,那就是printf函数,可是这个家族的函数,带给我们的便利却不是一点半点,所以写一篇用法总结。

    1.printf函数

    格式化输出,可以输出八进制,十进制,十六进制,可以输出字符串,%p输出地址。基本的东西就不在赘述了。

    printf是有返回值的,只是一般我们用不到。printf()函数也有一个返回值,它返回所打印的字符的数目。如果有输出错误,那么printf()会返回一个负数(printf( ) 的一些老版本会有不同的返回值)。

    *号符,在printf函数中有着很强的格式化作用,如同linux中一样,* 代表任意匹配。

    再看一个格式化输出十六进制的例子:

    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <stdint.h>
    #include <string.h>
    
    int main(void)
    {
        unsigned int a=0x1;
        printf("%#010x",a);
        return 0;
    }

    在编程中经常会打印地址,而一般要求打印8个字节,而字节前导我们不希望使用空格而是使用前导0来填充,就可以使用上面的写法。

    # 号:使用格式说明的可选形式,#o 打印的则以0(零)开始,八进制,#x或者#X,则以0x或者0X开始,十六进制。

    0(零):对于所有数字格式,用前导零填充而不是空格。如果出现 - 标志或者指定了精度(对于整数)则忽略该标志。

    那么%#010x:就表示:以十六进制输出,输出长度一共为10,前导用0填充而不是空格。由于#x的作用占用了两个位置,因为要输出0x,所以还剩下8个位置,这样就指定输出了十六进制8个字节长度的数据。

    如果这样觉得不好阅读,可以不使用#,直接手动书写0x前缀,指定宽度为8,前导0即可:如:

    这是printf函数的常用方法,但是正真重要的,还是在于可变参数及其家族的变种函数。

    2.fprintf函数

    专注于文件操作的file printf。文件输出,其实是往文件中写内容,如同printf函数一样,虽然说它是输出函数,但实质上往输出流写数据。fprintf聚集了printf家族的传统,可以格式化写文件:

    #include<stdio.h>
    #include<stdlib.h>
    
    int main(void)
    {
        float imag[10];
        float j=0;
        FILE *fp;
        for(int i=0;i<10;i++,j=j+0.2)
        {
            imag[i]=1.0+j;
            
        }
    
    
        if((fp=fopen("test.txt","w+"))==NULL)
        {
            printf("err
    ");
            fflush(stdout);
            getchar();
            exit(1);
        }
        fprintf(fp,"%s","imag[]={");
        for(int i=0;i<10;i++)
            fprintf(fp," %.4f,",imag[i]);
        fprintf(fp,"%c",'}');
        fclose(fp);
        return 0;
    }

    输出文件:

    fopen一个函数,使用w+的方式表示,打开一个文件,可以进行更新(读取和写入),如果该文件存在,就将其长度变为0,如果不存在则先创建之。

    int fprintf( FILE *stream, const char * restrict format , ...);

    按照format格式输出到stream。其实,在linux学习中,我们知道一切皆文件,这个FILE指针,是可以映射到标准输出的,即:printf(...)=fprintf(stdout,...).

     3.sprintf

    这个函数用得非常多,也非常重要,务必掌握。

    作为printf家族成员,自然printf自带的格式化操作它都具有。sprintf主要用于把格式化输出写到指定字符数组中。

    先看基础用法:

    通过下面的例子了解sprintf的原理:

    可以看到,sprintf把十进制数108放在字符数组buf中,但是存放的原理是,将十进制数的每一位变成字符存放在buf数组中,49对应ASCII字符1,48对应0,56对应8.这样之后,我们就可以预估计buf数组给多大空间合适。

    sprintf可以很方便的格式化类型放在数组中,我们再看一个例子:

    现在试想一个问题,我们经常编程的时候想要实现中文和英文的同时保存,但是,我们怎么以除了直接初始化的方式来执行英文和中文的链接呢?举例说明一下这个问题,我们想得到一个字符串,包含中文和英文,例如上面的hi,你好。我们可以这样初始化:char str[40]="hi,你好";但是,如果我们的中文,需要由其他地方给出呢?我们怎么做到拼接字符串?我们应该知道,中文所占字节一定是大于一个字节的,根据文本编码,对应2-4个字节(这个要注意哦)。比如现在给你两个字符串,一个是英文的,一个是中文的,你怎么把它拼接到一起?当然,库函数提供 了这样拼接功能的函数,可是,我们的sprintf也可以做到,而又因为sprintf支持各种格式,所以它使用是最频繁的,如上面例子呈现的那样。

    返回值

    返回写入buffer 的字符数,出错则返回负数。
    sprintf 返回以format为格式argument为内容组成的结果被写入buffer 的字节数,结束字符‘’不计入内。即,如果“Hello”被写入空间足够大的buffer后,函数sprintf 返回5

    sprintf函数等同于fprintf,除了输出被写入一个数组(由参数s指定),而不是一个流。 空字符()写在写入的字符的末尾; 它不计入返回值的一部分。 如果复制发生在重叠的对象之间,行为是未定义的。

    那么我们试试违规操作呢?

    可以看到,sprintf对溢出是没有保护的,上面例子,str至少应该4个字节,就因为这样,才有了下面的snprintf函数。

    3.1 snprintf

    这个函数就是在sprintf的基础上增加了一点内容。

     函数snprintf()和vsnprintf()不写入超出字节(包括终止空字节(' 0'))。 如果由于此限制导致输出被截断,那么返回值是如果有足够的空间可用,则该字符数将被写入最终字符串(不包括终止空字节)。 因此,返回值大小比指定的n更大或者相等,意味着输出被截断。 

    还是上代码来看,因为sprintf会因为使用不当造成内存溢出,而snprintf则不会:

    #include <stdio.h>
    #include <string.h>
    
    int main()
    {
        char str[5];
        int ret = snprintf(str, 3, "%s", "abcdefg");
        printf("%d
    ", ret);
        printf("%s
    ", str);
        return 0;
    }

     linux下运行:

     vs2017运行:

    gcc for Windows:

    看来和编译器有点关系呀,不过我们学习以c标准的为基准。

     

    snprintf函数等同于fprintf,除了输出被写入一个数组(由参数s指定)而不是一个流。 如果n为零,则不写任何内容,
    并且s可能是空指针。 否则超出n-1的输出字符丢弃而不是写入数组(这就是比sprintf安全的地方了),并且空字符写入实际写入数组的字符的末尾。 如果复制发生在重叠的对象之间,行为是未定义的。

    snprintf函数返回已写入的字符数,n已经足够大,不计算终止空字符,如果发生编码错误返回负值。 因此,终止的输出已经被当且仅当返回的值为非负数且小于n时才完全写入。
    见了c标准之后,可以知道,我们的gcc for Windows是和vc6.0一样的输入,这样其实是没有依照c99标准的,故不再分析这样编译器的输出。

    那么在现在的基础上来分析上面的代码:

    指定n=3,输出最多n-1个,因为snprintf需要给我们一个结尾,故只有ab被写入,返回值,是不包含结尾的应该输入的大小,这里是7。这证明了我们的字符有7个(不包含)需要输出,所以要想全部输出,我们应该指定n=8.

    snprintf比sprintf安全,有了溢出保护,建议使用。

    总结一下就是:snprintf有溢出保护,就算你给超出空间的内容也不会出现溢出错误,会被snprintf截断。输入的n,代表的是你想要格式化输出到 s指针指向的空间的内容加上1,通俗一点的意思就是,你想格式化输出7个字节到 s 指针指向的空间,那么你的 n就应该指定为8,因为snprintf只会传递n-1个字符过去,它要保留一个结尾.它的返回值,如果空间足够,没有发生截断的情况下,返回写入字符的个数,不包含结尾,如果发生截断,返回的是应该写入的长度,不包含结尾,所以不管截断不截断,返回值的数学值都是相同的,只是代表的意义不同,如果写入发生错误,返回负数。

     4.vsprintf

    #include<stdio.h>
    #include <stdio.h>
    #include <stdarg.h>
    /*
        在LCD_printf中应用
        ※※※
    
    */
    
    char buffer[30];
    int vspfunc(char *format, ...)
    {
       va_list aptr;
       int ret;
    
       va_start(aptr, format);
       ret = vsprintf(buffer, format, aptr);
       va_end(aptr);
    
       return(ret);
    }
    
    int main()
    {
       int i = 1115;
       float f = 27.0;
       char str[10] = "world";
    
       vspfunc("hello %d %f %s", i, f, str);
       printf("%s", buffer); 
       return(0);
    }

    4.1 vsnprintf

    和snprintf的功能对于sprintf一样,vsnprintf也是处于这样的原因成为升级版的vsprintf

     

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