淺談C語(yǔ)言字符串格式化

雷 金， 彭秋生

(湖南環(huán)境生物職業(yè)技術(shù)學(xué)院護(hù)理學(xué)院，湖南衡陽(yáng)421005)

談起C語(yǔ)言，稍懂程序設(shè)計(jì)的人都不陌生.因?yàn)樵诒姸喑绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言中，C語(yǔ)言是基礎(chǔ).它功能強(qiáng)大，效率高，是目前眾多計(jì)算機(jī)語(yǔ)言中舉世公認(rèn)的優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言之一.它既可以作為工作系統(tǒng)設(shè)計(jì)語(yǔ)言，編寫(xiě)系統(tǒng)應(yīng)用程序，如unix操作系統(tǒng);也可以作為應(yīng)用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，編寫(xiě)不依賴(lài)計(jì)算機(jī)硬件的應(yīng)用程序.因此，它的應(yīng)用范圍廣泛，不僅僅是在軟件開(kāi)發(fā)上，而且各類(lèi)科研都需要用到C語(yǔ)言.

C語(yǔ)言的數(shù)據(jù)類(lèi)型豐富，但基本的數(shù)據(jù)類(lèi)型很少，僅僅包括:整型、浮點(diǎn)型和字符型等.對(duì)字符型數(shù)據(jù)的處理主要集中在字符型數(shù)組，也就是字符串的操作上.實(shí)際上，在普通的程序設(shè)計(jì)中，絕大部分的程序代碼都是在對(duì)字符串進(jìn)行處理，只有少數(shù)的程序代碼是對(duì)整數(shù)和單(雙)精度數(shù)據(jù)進(jìn)行操作.況且，如果沒(méi)有專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的處理器和系統(tǒng)，大數(shù)值和高精度的數(shù)值計(jì)算也只有依靠字符串才能達(dá)到要求.因?yàn)檎秃透↑c(diǎn)型變量的最大值和精度都是有限的，只有字符串變量的長(zhǎng)度才是接近無(wú)限的(只要內(nèi)存足夠).由此可見(jiàn)，高效的字符串處理和操作顯得尤其重要.

C語(yǔ)言提供了大量的字符串操作函數(shù).在普通的教學(xué)過(guò)程中，介紹得最多的通常是字符串拷貝strcpy、字符串追加strcat，字符串比較strcmp，求字符串長(zhǎng)度strlen等函數(shù).但這幾個(gè)函數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿(mǎn)足我們的字符串處理要求.比如:我們需要一個(gè)20位的定長(zhǎng)序號(hào)，使用上述函數(shù)的一個(gè)較為常見(jiàn)的實(shí)現(xiàn)如下:

顯然，對(duì)于這類(lèi)問(wèn)題，上述幾個(gè)函數(shù)處理起來(lái)顯得有點(diǎn)麻煩，但是這類(lèi)問(wèn)題又具有普通性.這個(gè)時(shí)候，字符串格式化函數(shù)處理起來(lái)就方便得多.

1 字符串格式化輸出

最常見(jiàn)的是格式化輸出函數(shù)printf，但它是將數(shù)據(jù)格式化輸出到標(biāo)準(zhǔn)輸出設(shè)備，一般是顯示器.而大多數(shù)情況下，我們并不需要輸出到顯示設(shè)備，而是輸出到某一個(gè)指定的字符串變量.有沒(méi)有一個(gè)將數(shù)據(jù)格式化后輸入到字符串變量的函數(shù)呢?答案是肯定的.sprintf函數(shù)就能滿(mǎn)足我們的要求，它的用法和返回值與printf幾乎一模一樣，只是比后者多了一個(gè)字符串指針參數(shù).對(duì)兩個(gè)函數(shù)的原型進(jìn)行比較就很容易看出這一點(diǎn):

相比改進(jìn)前的函數(shù)，這次的代碼要簡(jiǎn)潔多了.事實(shí)上，除了printf和sprintf外，還有好幾個(gè)其它功能類(lèi)似的函數(shù)，如:?fprintf、snprintf、vsnprintf?、vprintf、vsprintf、vfprintf等，這類(lèi)函數(shù)統(tǒng)稱(chēng)為 printf類(lèi)函數(shù)，屬于格式化輸入輸出的一部分，均定義在頭文件 stdio.h中.

sprintf函數(shù)功能強(qiáng)大，很多情況下可以用它來(lái)達(dá)到與 strcpy，strcat，strlen 同樣的效果.如:

① int nlength=sprintf(strDest，"%s"，strSrc)

將字符串strSrc拷貝至strDest，同時(shí)返回所拷貝字符串的長(zhǎng)度.顯然，這里既實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)拷貝，同時(shí)又返回出了字符串的長(zhǎng)度.

② int nlength = sprintf(strDest，"%s%s"，strDest，strSrc)

將字符串strDest和strSrc合并后，再賦給strD-est，效果與 strcat(strDest，strSrc)一致.

函數(shù)sprintf的功能當(dāng)然不限于此，前文提到它與printf的功能幾乎是一樣的，唯一的區(qū)別就是sprintf將數(shù)據(jù)格式化后將結(jié)果賦給指定字符串變量.但是功能強(qiáng)大是以犧牲效率為代價(jià)的，sprintf功能強(qiáng)大，但效率卻與strcpy，strcat，strlen相差甚遠(yuǎn).

2 sprintf工作原理及可變參數(shù)

有時(shí)候不得不承認(rèn)，printf類(lèi)函數(shù)功能的確很強(qiáng)大.不僅能自動(dòng)識(shí)別格式化串format，還能自動(dòng)判斷參數(shù)的個(gè)數(shù)和類(lèi)型.前者我們暫不討論，對(duì)于后者，說(shuō)起來(lái)其實(shí)一點(diǎn)也不神秘，就是C語(yǔ)言的可變參數(shù)在起作用.我們簡(jiǎn)單的來(lái)實(shí)現(xiàn)一下 sprintf函數(shù)，如下:

參數(shù) str，format稱(chēng)為固定參數(shù)，后面的“...”稱(chēng)為可變參數(shù)，在實(shí)際函數(shù)調(diào)用時(shí)，可以用0個(gè)或多個(gè)實(shí)際參數(shù)來(lái)替換它.sprintf對(duì)于可變參數(shù)的處理流程采用了C語(yǔ)言中最通用的模式，如下:

①定義一個(gè)va_list變量ap，用來(lái)作為指向可變參數(shù)列表的指針.

②調(diào)用va_start宏初始化剛定義的va_list變量ap，使ap指向可變參數(shù)列表中第一個(gè)可變參數(shù)的地址.va_start宏的第二個(gè)參數(shù)必須是最后一個(gè)固定參數(shù)(非可變參數(shù))的地址，這里為format.

③調(diào)用vsprintf函數(shù)將可變參數(shù)按format格式化后，賦給str變量.

④最后調(diào)用va_end宏結(jié)束可變參數(shù)的獲取，釋放指針ap，使它不再指向參數(shù)列表.

實(shí)際上，與C語(yǔ)言中用來(lái)可變參數(shù)相關(guān)的還有一個(gè)宏va_arg(ap，type)，它的作用是獲取ap所指向的可變參數(shù)的值，并將它強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為type類(lèi)型后作為返回值返回，同時(shí)移動(dòng)指針ap指向下一個(gè)可變參數(shù)的地址，以便后續(xù)處理.在大多數(shù)處理程序中，需要循環(huán)調(diào)用va_arg來(lái)獲取可變參數(shù)的值，以便進(jìn)行相應(yīng)的處理，只是sprintf函數(shù)將這個(gè)處理過(guò)程放在了vsprintf函數(shù)中.顯然，vsprintf是sprintf的核心所在，sprintf僅僅是vsprintf封裝好的一個(gè)對(duì)外接口函數(shù)，了解vsprintf的工作原理就顯得很重要.函數(shù)vsprintf原型如下:

int vsprintf(char*str，const char*format，va_list arg);

函數(shù)vsprintf實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較復(fù)雜，這也是影響sprintf效率的原因之一.為了提高工作效率，vsprintf并不是在將所有可變參數(shù)arg取出，按格式化串format所規(guī)定的格式進(jìn)行組裝后，一次性將結(jié)果寫(xiě)入目標(biāo)串str，而是在對(duì)format串解析過(guò)程中，逐步取出可變參數(shù)值，將格式化的結(jié)果同步寫(xiě)入目標(biāo)串str.也就是說(shuō)，函數(shù)vsprintf是一邊解析格式化串format，一邊將格式化結(jié)果寫(xiě)入目標(biāo)串的.這一點(diǎn)很重要，它決定了在sprintf函數(shù)中，除了第一個(gè)可變參數(shù)外，其它可變參數(shù)決不能與目標(biāo)參數(shù)相同，否則，會(huì)引起意想不到的結(jié)果.下面這種寫(xiě)法是錯(cuò)誤的:

sprintf(strDest，"%s%s"，strSrc，strDest)

這樣的語(yǔ)句會(huì)產(chǎn)生什么樣的結(jié)果呢?sprintf先將strSrc的值寫(xiě)入目標(biāo)參數(shù)strDest，然后從最末參數(shù)strDest所指向的地址開(kāi)始取值追加到目標(biāo)參數(shù)strDest的后部，但此時(shí)，strDest指向的內(nèi)容已被改變成了strSrc的值，因此strDest中會(huì)重復(fù)出現(xiàn)strSrc的值，這顯然不是我們想要的結(jié)果.

我們用下面的代碼來(lái)驗(yàn)證一下:

這段程序輸出的結(jié)果是:strDest=[world，world，world]，很好地驗(yàn)證了我們的結(jié)論.

3 構(gòu)造格式化輸出函數(shù)

了解了sprintf函數(shù)的工作原理后，我們就可以構(gòu)造自己的格式化輸出函數(shù).

首先看看spinrtf函數(shù)有什么地方可以改進(jìn)!我們發(fā)現(xiàn)strcpy，strcat等函數(shù)的返回值并不是整數(shù)，而是一個(gè)指向目標(biāo)串的指針.這樣做的目的是為了便于函數(shù)的連續(xù)調(diào)用，如:

strcpy(strDest，strcat(strSrc1，strSrc2));

多個(gè)操作在同一條語(yǔ)句中完成，簡(jiǎn)潔又高效.對(duì)sprintf函數(shù)來(lái)說(shuō)，這個(gè)特性是很容易滿(mǎn)足的，對(duì)它進(jìn)行稍微改進(jìn)就可以了.改造后函數(shù)如下:

參數(shù)len是為了不丟棄原有返回值，特將其放入函數(shù)參數(shù)中返回的.但更多的時(shí)候，格式化后字符串的長(zhǎng)度并不受人關(guān)注，為了簡(jiǎn)化函數(shù)原型，方便函數(shù)調(diào)用，可以將字符串長(zhǎng)度參數(shù)去掉.去掉長(zhǎng)度參數(shù)的函數(shù)如下:

若有時(shí)確實(shí)需要用到格式化后字符串的長(zhǎng)度，也可以采用如下方式獲取:

strlen(mystr(strDest，format，para1，para2，…));

改前文提到sprintf函數(shù)屬于格式化輸入輸出類(lèi)的函數(shù)，性能上不能與strcpy等同日而語(yǔ).因此，在系統(tǒng)核心模塊中，應(yīng)該避免多次使用sprintf，否則，可能會(huì)影響系統(tǒng)的系統(tǒng)，形成系統(tǒng)瓶頸.很多系統(tǒng)提供的公共函數(shù)中一般不帶可變參數(shù)，而是直接提供字符串形式的參數(shù).如:日志打印函數(shù) ErrLogPrt，假設(shè)原型如下:

void LogPrt(const char* sErrMsg);

對(duì)于疊加在系統(tǒng)上的某一個(gè)具體的應(yīng)用程序而言，性能上沒(méi)有核心模塊這么嚴(yán)格的要求.而且，當(dāng)程序出錯(cuò)，我們希望日志越多、越清晰更好，更好能夠?qū)⑴c出錯(cuò)有關(guān)的信息全部打印出來(lái)，如出錯(cuò)源文件名，源代碼行，以及相關(guān)的變量值等.當(dāng)然使用mystr可以做到這一點(diǎn)，如下:

char sErrMsg[2048];

memset(sErrMsg，0，sizeof(sErrMsg));/* 初始化字符串*/

mystr(sErrMsg，"查詢(xún)數(shù)據(jù)庫(kù)出錯(cuò)，文件:%s，行號(hào):%ld，查詢(xún)序號(hào):%s，名稱(chēng):%s"，

__FILE__，__LINE__，nIndex，sName);

LogPrt(sErrMsg);

顯然，每次打印一個(gè)日志都要寫(xiě)多行代碼，顯得有些煩瑣.既然mystr能夠?qū)⒛繕?biāo)串的地址返回，為什么不直接使用返回值!我們改造一下:

char sErrMsg[2048];

memset(sErrMsg，0，sizeof(sErrMsg));

LogPrt(mystr(sErrMsg，"查詢(xún)數(shù)據(jù)庫(kù)出錯(cuò)，文件:%s，行號(hào):%ld，查詢(xún)序號(hào):%s，名稱(chēng):%s"，

__FILE__，__LINE__，nIndex，sName);

代碼減少了一行，但改善程度極其有限，如果能再將sErrMsg變量去掉就好了，因?yàn)樗谶@里沒(méi)有起多少作用.那么，可以再將 mystr函數(shù)改進(jìn)一下:

C語(yǔ)言函數(shù)內(nèi)部的局部變量，只在函數(shù)內(nèi)部起作用，在調(diào)用完函數(shù)后，其占用空間會(huì)自動(dòng)釋放，格式化后字符串的值無(wú)法獲取.因此，mystr函數(shù)內(nèi)部采用靜態(tài)局部變量，使其在整個(gè)應(yīng)用程序運(yùn)行過(guò)程中一直有效.

除了返回值外，現(xiàn)在的函數(shù)跟printf函數(shù)用法完全一樣了.任何接解C語(yǔ)言的人，只要知道printf的用法，也就知道m(xù)ystr的用法.好了，現(xiàn)在的函數(shù)調(diào)用起來(lái)方便多了，一條語(yǔ)句就可以實(shí)現(xiàn)日志打印，如下:

LogPrt(mystr("查詢(xún)數(shù)據(jù)庫(kù)出錯(cuò)，文件:%s，行號(hào):%ld，查詢(xún)序號(hào):%s，名稱(chēng):%s"，

__FILE__，__LINE__，nIndex，sName);實(shí)際上，還可以通過(guò)宏定義的方式，將函數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步封裝，放在頭文件中，以供其它源文件共用.也可以通過(guò)單獨(dú)編譯成函數(shù)庫(kù)的方式，源代碼可以直接調(diào)用該函數(shù)，編譯時(shí)只需將庫(kù)鏈接過(guò)來(lái)即可.

4 總結(jié)

本文首先描述了格式式化輸出函數(shù)sprintf的用法，其次對(duì)該函數(shù)的實(shí)現(xiàn)原理和C語(yǔ)言可變參數(shù)的工作原理進(jìn)行了較為詳細(xì)的闡述，并在此基礎(chǔ)上，根據(jù)sprintf函數(shù)的工作原理構(gòu)造了一個(gè)方便通用的格式化輸出函數(shù)mystr.該函數(shù)的用法與大家熟悉的printf用法一致，非常容易掌握，為數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)格式化操作提供了一條便捷有效的處理途徑.

[1] 譚浩強(qiáng).C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)[M]北京:清華大學(xué)出版社，2010.

[2] Eric Huss.The C Library Reference Guide.http://www.acm.uiuc.edu/webmonkeys/book/c_guide/.

[3] c語(yǔ)言可變參數(shù)(va_start，va_end)(轉(zhuǎn)載)http://www.360doc.com/content/07/0423/16/3630_462811.shtml.