printf格式

作者介紹：守望，一名好文學，好技術的開發者。在個人號【編程珠璣】上堅持分享原創技術文章，期待一起交流學習。

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前言

printf可能是我們在學習C語言的過程中最早接觸的庫函數了。其基本使用想必我們都已經非常清楚了。但是下面的這些情況你是否已經清楚地知道了呢？

示例程序

我們來看一個示例程序，看看你能否對下面的結果輸出有非常清晰的認識。

#include <stdio.h>int main(void){ int a = 4; int b = 3; int c = a/b; float d = *(float*)(&c); long long e = 0xffffffffffffffff; printf("a/b:%f，a:%d ",a/b,a,b); //打印0 printf("(float)a/b:%f ",((float)a)/b); //打印1 printf("(double)a/b:%lf ",((double)a)/b);//打印2 printf("d:%f ",d); //打印3 printf("%.*f ",20,(double)a/b); //打印4 printf("e:%d,a:%d ",e,a); //打印5 printf("a:%d,++a:%d,a++:%d ",a,++a,a++); //打印6 return 0;}

編譯為32位程序：

gcc -m32 -o test test.c

在運行之前，你可以自己先猜想一下打印結果會是什么。實際運行結果：

a/b:0.000000，a:3 //打印0的結果(float)a/b:1.333333 //打印1的結果(double)a/b:1.333333 //打印2的結果d:0.000000 //打印3的結果1.33333333333333325932 //打印4的結果e:-1,a:-1 //打印5的結果a:6,++a:6,a++:4 //打印6的結果

你的猜想是否都正確呢？如果猜想錯誤，那么接下來的內容你就不應該錯過了。

你是否會有以下疑問：

0. 打印0的a/b為什么不是1，a為什么不是4？1. 打印1和打印2有什么區別呢？2. 打印3為什么結果會是0.000000?3. 打印4的結果為什么最后的小數位不對？其中的*是什么意思？4. 打印5中，為什么a的值是-1而不是4？5. 打印6中，結果為什么分別是6，6，4？

在解答這些問題之前，我們需要先了解一些基本內容。

可變參數中的類型提升

printf是接受變長參數的函數，傳入printf中的參數個數可以不定。而我們在變長參數探究中說到：

調用者會對每個參數執行“默認實際參數提升"，提升規則如下：

——float將提升到double

——char、short和相應的signed、unsigned類型將提升到int

也就是說printf實際上只會接受到double，int，long int等類型的參數。而從來不會實際接受到float，char，short等類型參數。

我們可以通過一個示例程序來檢驗：

//bad code#include<stdio.h>int main(void){ char *p = NULL; printf("%d,%f,%c ",p,p,p); return 0;}

編譯報錯如下：

printf.c: In function ‘main’:printf.c:5:12: warning: format ‘%d’ expects argument of type ‘int’, but argument 2 has type ‘char *’ [-Wformat=] printf("%d,%f,%c ",p,p,p); ^printf.c:5:12: warning: format ‘%f’ expects argument of type ‘double’, but argument 3 has type ‘char *’ [-Wformat=]printf.c:5:12: warning: format ‘%c’ expects argument of type ‘int’, but argument 4 has type ‘char *’ [-Wformat=]

我們可以從報錯信息中看到：

%d 期望的是 int 類型參數%f 期望的是 double 類型參數%c 期望的也是 int 類型參數

而編譯之所以有警告是因為，char *類型無法通過默認實際參數提升，將其提升為int或double。

參數入棧順序以及計算順序

在C語言中，參數入棧順序是確定的，從右往左。而參數的計算順序卻是沒有規定的。也就是說，編譯器可以實現從右往左計算，也可以實現從左往右計算。

浮點數的有效位

對于double類型，其有效位為15～~16位（參考：對浮點數的一些理解）。

可變域寬和精度

printf中，*的使用可實現可變域寬和精度，使用時只需要用*替換域寬修飾符和精度修飾符即可。在這樣的情況下，printf會從參數列表中取用實際值作為域寬或者精度。示例程序如下：

#include<stdio.h>int main(void){ float a = 1.33333333; char *p = "hello"; printf("%.*f ",6,a); printf("%*s ",8,p); return 0;}

運行結果：

1.333333 hello

而這里的6或者8完全可以是一個宏定義或者變量，從而做到了動態地格式控制。

格式控制符是如何處理參數的

printf有很多格式控制符，例如%d，它在處理輸入時，會從堆棧中取其對應大小，即4個字節作為對應的參數值。也就是說，當你傳入參數和格式控制符匹配或者在經過類型提升后和格式控制符匹配的時候，參數處理是沒有任何問題的。但是不匹配時，可能會出現未定義行為（有兩種情況例外,我們后面再說）。例如，%f期望一個double（8字節）類型，但是傳入的參數是int（4字節），那么在處理這個int參數值，可能會多處理4個字節，并且也會造成處理數據錯誤。

真相大白

有了前面這些內容的鋪墊，我們再來解答開始的疑問：

對于問題0，a/b的結果顯然為4字節的int類型1，而%f期望的是8字節的double，而計算結果只有4個字節，因此會繼續格式化后面4個字節的a，而整型1和后面a組合成的8字節數據，按照浮點數的方式解釋時，它的值就是0.000000了。由于前面已經讀取解釋了a的內容，因此第二個%d只能繼續讀取4個字節，也就是b的值3，最終就會出現打印a的值是3，而不是4。對于問題1，實際上在printf中，是不需要%lf的，%f期望的就是double類型，在編譯最開始的示例程序其實就可以發現這個事實。當然了在scanf函數中，這兩者是有區別的。對于問題2，也很簡單，2的二進制存儲形式按照浮點數方式解釋讀取時，就是該值。對于問題3，double的有效位為15~16位，也就是之外的位數都是不可靠的。printf中的*可用于實現可變域寬和精度，前面已經解釋過了。對于問題4，這里不給出，留給讀者思考，歡迎大家可留言區給出原因。對于問題5，雖然參數計算順序沒有規定，但是實際上至少對于gcc來說，它是從右往左計算的。也就是說，先計算a++，而a++是先用在加，即壓入a=4，其后，a的值變為5;再計算++a，先加再用，即壓入a=5+1=6；最后a=6，壓入棧。最終從左往右壓入棧的值就分別為6，6，4。也就是最終的打印結果。但是實際情況中，這樣的代碼絕對不該出現！

至此，真相大白。

總結

雖然我們前面解釋了那些難以理解的現象，同時讀者可以參考變長參數探究和對浮點數的一些理解找到更多的信息。但是我們在實際編程中應該注意以下幾點：

格式控制符應該與對應參數類型匹配或者與類型提升后的參數類型匹配。絕對避免出現計算結果與參數計算順序有關的代碼。*在printf中實現可變域寬和精度。printf不會實際接受到char，short和float類型參數。如果%s對應的參數可能為NULL或者對應整型，那將是一場災難。不要忽略編譯器的任何警告，除非你很清楚你在做什么。例外情況指的是有符號整型和無符號整型之間，以及void*和char*之間。問題思考

如果編譯為64位程序運行，結果還是一樣嗎？為什么？

以上為今天的分享內容，謝謝大家！

編者：IT大咖說，轉載請標明版權和出處