1.printf()簡介

printf()是C語言標準庫函數，用於將格式化後的字元串輸出到標準輸出。標準輸出，即標準輸出文件，對應終端的屏幕。printf()申明於頭文件stdio.h。

函數原型：

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

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返回值：

正確返回輸出的字元總數，錯誤返回負值，與此同時，輸入輸出流錯誤標誌將被置值，可由指示器ferror來檢查輸入輸出流的錯誤標誌。

調用格式：

printf()函數的調用格式為:printf("格式化字元串",輸出表列)。

格式化字元串包含三種對象，分別為：

（1）字元串常量；

（2）格式控制字元串；

（3）轉義字元。

字元串常量原樣輸出，在顯示中起提示作用。輸出表列中給出了各個輸出項，要求格式控制字元串和各輸出項在數量和類型上應該一一對應。其中格式控制字元串是以%開頭的字元串，在%後面跟有各種格式控制符，以說明輸出數據的類型、寬度、精度等。

註：本文的所有示例代碼均在Linux環境下以g++ 4.4.6編譯成64位程序的執行。

2.格式控制字元串詳解

printf的格式控制字元串組成如下：

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

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分別為：

%[標誌][最小寬度][.精度][類型長度]類型。

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2.1類型（type）

首先說明類型，因為類型是格式控制字元串的重中之重，是必不可少的組成部分，其它的選項都是可選的。type用於規定輸出數據的類型，含義如下：

字元對應數據類型含義示例d/iint輸出十進位有符號32bits整數，i是老式寫法printf("%i",123);輸出123ounsigned int無符號8進位(octal)整數(不輸出前綴0)printf("0%o",123);輸出0173uunsigned int無符號10進位整數printf("%u",123);輸出123x/Xunsigned int無符號16進位整數，x對應的是abcdef，X對應的是ABCDEF（不輸出前綴0x)printf("0x%x 0x%X",123,123);輸出0x7b 0x7Bf/lffloat(double)單精度浮點數用f,雙精度浮點數用lf(printf可混用，但scanf不能混用)printf("%.9f %.9lf",0.000000123,0.000000123);輸出0.000000123 0.000000123。注意指定精度，否則printf默認精確到小數點後六位Ffloat(double)與f格式相同，只不過 infinity 和 nan 輸出為大寫形式。例如printf("%f %F %f %F
",INFINITY,INFINITY,NAN,NAN);輸出結果為inf INF nan NANe/Efloat(double)科學計數法，使用指數(Exponent)表示浮點數，此處」e」的大小寫代表在輸出時「e」的大小寫printf("%e %E",0.000000123,0.000000123);輸出1.230000e-07 1.230000E-07gfloat(double)根據數值的長度，選擇以最短的方式輸出，%f或%eprintf("%g %g",0.000000123,0.123);輸出1.23e-07 0.123Gfloat(double)根據數值的長度，選擇以最短的方式輸出，%f或%Eprintf("%G %G",0.000000123,0.123);輸出1.23E-07 0.123cchar字元型。可以把輸入的數字按照ASCII碼相應轉換為對應的字元printf("%c
",64)輸出Aschar*字元串。輸出字元串中的字元直至字元串中的空字元（字元串以空字元』『結尾）printf("%s","測試test");輸出：測試testSwchar_t*寬字元串。輸出字元串中的字元直至字元串中的空字元（寬字元串以兩個空字元』『結尾）setlocale(LC_ALL,"zh_CN.UTF-8");

wchar_t wtest[]=L"測試Test";

printf("%S
",wtest);

輸出：測試testpvoid*以16進位形式輸出指針printf("%010p","lvlv");輸出：0x004007e6nint*什麼也不輸出。%n對應的參數是一個指向signed int的指針，在此之前輸出的字元數將存儲到指針所指的位置int num=0;

printf("lvlv%n",&num);

printf("num:%d",num);

輸出:lvlvnum:4%字元%輸出字元『%』（百分號）本身printf("%%");輸出:%m無列印errno值對應的出錯內容printf("%m
");a/Afloat(double)十六進位p計數法輸出浮點數，a為小寫，A為大寫printf("%a %A",15.15,15.15);輸出：0x1.e4ccccccccccdp+3 0X1.E4CCCCCCCCCCDP+3

注意：

（1）使用printf輸出寬字元時，需要使用setlocale指定本地化信息並同時指明當前代碼的編碼方式。除了使用%S，還可以使用%ls。

（2）%a和%A是C99引入的格式化類型，採用十六進位p計數法輸出浮點數。p計數法類似E科學計數法，但不同。數以0x開頭，然後是16進位浮點數部分，接著是p後面是以 2為底的階碼。以上面輸出的15.15為例，推算輸出結果。15.15轉換成二進位為1111.00 1001 1001 1001 1001 ...，因為二進位表示數值的離散特點，計算機對於小數有時是不能精確表示的，比如0.5可以精確表示為0.120.12，而0.15卻不能精確表示。將15.15對應的二進位右移三位，為1.1110 0100 1100 1100 1100 ...轉換對應的十六進位就是0x1.e4ccccccccccd，注意舍入時向高位進了1位。由於右移三位，所以二進位階碼就是3。最後的結果就是0x1.e4ccccccccccdp+3。

（3）格式控制字元串除了指明輸出的數據類型，還可以包含一些其它的可選的格式說明，依序有 flags, width, .precision and length。下面一一講解。

2.2標誌（flags）

flags規定輸出樣式，取值和含義如下：

字元名稱說明-減號結果左對齊，右邊填空格。默認是右對齊，左邊填空格。+加號輸出符號(正號或負號)space空格輸出值為正時加上空格，為負時加上負號#井號type是o、x、X時，增加前綴0、0x、0X。

type是a、A、e、E、f、g、G時，一定使用小數點。默認的，如果使用.0控制不輸出小數部分，則不輸出小數點。

type是g、G時，尾部的0保留。0數字零將輸出的前面補上0，直到佔滿指定列寬為止（不可以搭配使用「-」）

示例：

2. printf("%5d
   ",1000); //默認右對齊,左邊補空格
3. printf("%-5d
   ",1000); //左對齊,右邊補空格
5. printf("%+d %+d
   ",1000,-1000); //輸出正負號
7. printf("% d % d
   ",1000,-1000); //正號用空格替代，負號輸出
9. printf("%x %#x
   ",1000,1000); //輸出0x
11. printf("%.0f %#.0f
    ",1000.0,1000.0)//當小數點後不輸出值時依然輸出小數點
13. printf("%g %#g
    ",1000.0,1000.0); //保留小數點後後的0
15. printf("%05d
    ",1000); //前面補0

輸出結果為：

2.3輸出最小寬度（width）

用十進位整數來表示輸出的最少位數。若實際位數多於指定的寬度，則按實際位數輸出，若實際位數少於定義的寬度則補以空格或0。width的可能取值如下：

width描述示例數值十進位整數printf("%06d",1000);輸出:001000*星號。不顯示指明輸出最小寬度，而是以星號代替，在printf的輸出參數列表中給出printf("%0*d",6,1000);輸出:001000

2.4精度（.precision）

精度格式符以「.」開頭，後跟十進位整數。可取值如下：

.precision描述.數值十進位整數。

(1)對於整型（d,i,o,u,x,X）,precision表示輸出的最小的數字個數，不足補前導零，超過不截斷。

(2)對於浮點型（a, A, e, E, f ），precision表示小數點後數值位數，默認為六位，不足補後置0，超過則截斷。

(3)對於類型說明符g或G，表示可輸出的最大有效數字。

(4)對於字元串（s），precision表示最大可輸出字元數，不足正常輸出，超過則截斷。

precision不顯示指定，則默認為0.*以星號代替數值，類似於width中的*，在輸出參數列表中指定精度。

示例：

2. printf("%.8d
   ",1000); //不足指定寬度補前導0，效果等同於%06d
3. printf("%.8f
   ",1000.123456789);//超過精度，截斷
4. printf("%.8f
   ",1000.123456); //不足精度，補後置0
5. printf("%.8g
   ",1000.123456); //最大有效數字為8位
6. printf("%.8s
   ",「abcdefghij」); //超過指定長度截斷

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輸出結果：

2. 00001000
3. 1000.12345679
4. 1000.12345600
5. 1000.1235
6. abcdefgh

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注意，在對浮點數和整數截斷時，存在四捨五入。

2.5類型長度（length）

類型長度指明待輸出數據的長度。因為相同類型可以有不同的長度，比如整型有16bits的short int，32bits的int，也有64bits的long int，浮點型有32bits的單精度float和64bits的雙精度double。為了指明同一類型的不同長度，於是乎，類型長度（length）應運而生，成為格式控制字元串的一部分。

因為Markdown表格不支持單元格合併，背景顏色等樣式，所以直接引用printf.C++ reference的表格。

注意：黃色背景行標識的類型長度說明符和相應的數據類型是C99引入的。

示例代碼：

2. printf("%hhd
   ","A"); //輸出有符號char
3. printf("%hhu
   ","A"+128); //輸出無符號char
4. printf("%hd
   ",32767); //輸出有符號短整型short int
5. printf("%hu
   ",65535); //輸出無符號短整型unsigned short int
6. printf("%ld
   ",0x7fffffffffffffff); //輸出有符號長整型long int
7. printf("%lu
   ",0xffffffffffffffff); //輸出有符號長整型unsigned long int

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輸出結果：

2. 65
3. 193
4. 32767
5. 65535
6. 9223372036854775807
7. 18446744073709551615

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注意：

long int到底是32bits還是64bits跟生成的程序是32bits還是64bits一一對應，如果使用g++編譯程序的話，可通過-m32或-m64選項分別生成32bits和64bits的程序。因本人測試代碼編譯生成的是64bits的程序，所以long int也就是64btis。

3.轉義字元

轉義字元在字元串中會被自動轉換為相應操作命令。printf()使用的常見轉義字元如下：

轉義字元意義a警報（響鈴）符回退符f換頁符
換行符
回車符 橫向製表符v縱向製表符\反斜杠」雙引號

4.關於printf緩衝

在printf的實現中，在調用write之前先寫入IO緩衝區，這是一個用戶空間的緩衝。系統調用是軟中斷，頻繁調用，需要頻繁陷入內核態，這樣的效率不是很高，而printf實際是向用戶空間的IO緩衝寫，在滿足條件的情況下才會調用write系統調用，減少IO次數，提高效率。

printf在glibc中默認為行緩衝，遇到以下幾種情況會刷新緩衝區，輸出內容：

（1）緩衝區填滿；

（2）寫入的字元中有換行符
或回車符
；

（3）調用fflush手動刷新緩衝區；

（4）調用scanf要從輸入緩衝區中讀取數據時，也會將輸出緩衝區內的數據刷新。

可使用setbuf(stdout,NULL)關閉行緩衝，或者setbuf(stdout,uBuff)設置新的緩衝區，uBuff為自己指定的緩衝區。也可以使用setvbuf(stdout,NULL,_IOFBF,0);來改變標準輸出為全緩衝。全緩衝與行緩衝的區別在於遇到換行符不刷新緩衝區。

printf在VC++中默認關閉緩衝區，輸出時會及時的輸到屏幕[3][3]。如果顯示開啟緩衝區，只能設置全緩衝。因為微軟閉源，所以無法研究printf函數的實現源碼。

Linux和Windows下的緩衝區管理可見：C的全緩衝、行緩衝和無緩衝。

5.printf與wprintf不能同時使用

該小結寫在2018年1月15日。兩年後的今日，在網上苦苦搜索尋求答案，終於解決了之前的疑惑。

在輸出寬字元串時，發現將printf和wprintf同時使用時，則後使用的函數沒有輸出。這裡建議不要同時使用printf和wprintf，以免發生錯誤。

printf和wprintf不能同時輸出寬字元串的示例代碼如下：

2. #include <stdio.h>
3. #include <wchar.h>
4. #include <locale.h>
6. int main(int argc,char* argv[]){
7. char test[]="測試Test";
8. setlocale(LC_ALL,"zh_CN.UTF-8");
9. wchar_t wtest[]=L"0m~K0m~UTest";
10. printf("printf:%S
    ",wtest); //語句1：可正常輸出"測試Test"
11. wprintf(L"wprintf:%S
    ",wtest); //語句2：無任何內容輸出
12. }

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上面的代碼中語句1和語句二不能同時存在，否則只能正常輸出第一個。也不知道在Windows平台是否也存在這種問題，有興趣的讀者可以嘗試一下。關於原因，GNU官方文檔中有明確說明不能同時使用printf與wprintf，參見The GNU C Library Section 12.6 Streams in Internationalized Applications，內容如下：

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.

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這裡是因為輸出流在被創建時，不存在流定向，一旦使用了printf(多位元組流)或wprintf(寬字元流)後，就被設置為對應的流定向，且無法更改。可以使用如下函數獲取當前輸出流的流定向。

2. //
3. //@param:stream:文件流；mode：取值可以>0，=0或<0
4. //@ret:<0:流已被設置為多位元組流定向；=0:流尚未被設置；>0:流已被設置為寬字元流定向
5. //
6. int fwide (FILE* stream, int mode);
8. //獲取當前標準輸出流定向
9. int ret=fwide(stdout,0);

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通過fwide可以設置當前流定向，前提是未有任何的I/O操作，也就是當前流尚未被設置任何流定向。順帶吐槽一下，不知為何標準庫函數fwide為何實現的如此受限。具體操作如下：

2. //設置標準輸出流定向為多位元組流定向
3. fwide(stdout,-1);
5. //設置標準輸出流定向為寬字元流定向
6. fwide(stdout,1);

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既然GNU C存在這個問題，那該如何解決呢？這裡有兩種辦法：

（1）統一使用一種函數。

例如：

2. wprintf(L"%s","a
   ");
3. wprintf(L"b
   ");

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或

2. printf("a
   ");
3. printf("%ls
   ",L"b");

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（2）使用freopen清空流定向。

2. //重新打開標準輸出流，清空流定向
3. FILE* pFile=freopen("/dev/tty","w",stdout);
4. wprintf(L"wide freopen succeeded
   ");
6. //重新打開標準輸出流，清空流定向
7. pFile=freopen("/dev/tty","w",stdout);
8. printf("narrow freopen succeeded
   ");

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上面可以讓printf與wprintf同時使用。

6.小結

耗時將近兩年，終於完成了此篇看似基礎，但卻紛繁複雜的printf()用法。由於時間和個人水平有限，文章不足之處在所難免，也請讀者批評指正，不甚感激。

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