Linux C 字符串函数 sprintf()、snprintf() 详解

一、sprintf() 函数详解

在将各种类 型的数据构造成字符串时,sprintf 的强大功能很少会让你失望。

由于 sprintf 跟 printf 在用法上几乎一样,只是打印的目的地不同而已,前者打印到字符串中,后者则直接在命令行上输出。这也导致 sprintf 比 printf 有用得多。所以本文着重介绍 sprintf,有时也穿插着用用 pritnf。

sprintf是个变参函数,定义如下:

int sprintf( char *buffer, const char *format [, argument] … );

除了前两个参数类型固定外,后面可以接任意多个参数。而它的精华,显然就在第二个参数:格式化字符串上。

printf 和 sprintf 都使用格式化字符串来指 定串的格式,在格式串内部使用一些以“%”开头的格式说明符(format specifications)来占据一个位置,在后边的变参列表中提供相应的变量,最终函数就会用相应位置的变量来替代那个说明符,产生一个调用者想要 的字符串。

1、格式化数字字符串

sprintf最常见的应用之一莫过于把整数打印到字符串中,所以,spritnf 在大多数场合可以替代itoa。如:

// 把整数123打印成一个字符串保存在s中。

sprintf(s, "%d", 123); // 产生"123"

可以指定宽度,不足的左边补空格:

sprintf(s, "%8d%8d", 123, 4567); // 产生:"    123    4567"

当然也可以左对齐:

sprintf(s, "%-8d%8d", 123, 4567); // 产生:"123         4567"

也可以按照16进制打印:

sprintf(s, "%8x", 4567); // 小写16进制,宽度占8个位置,右对齐
sprintf(s, "%-8X", 4568); // 大写16进制,宽度占8个位置,左对齐

这样,一个整数的16进制字符串就很容易得到,但我们在打印16进制内容时,通常想要一种左边补0的等宽格式,那该怎么做呢?很简单,在表示宽度的数字前面加个0就可以了。

sprintf(s, "%08X", 4567); // 产生:"000011D7"

上面以 "%d" 进行的10进制打印同样也可以使用这种左边补0的方式。

这里要注意一个符号扩展的问题:比如,假如我们想打印短整数(short)-1的内存16进制表示形式,在Win32平台上,一个 short 型占2个字节,所以我们自然希望用4个16进制数字来打印它:

short si = -1;
sprintf(s, "%04X", si);

产生 "FFFFFFFF",怎么回事?因为 spritnf 是个变参函数,除了前面两个参数之外,后面的参数都不是类型安全的,函数更没有办法仅仅通过一个“%X”就能得知当初函数调用前参数压栈时 被压进来的到底是个4字节的整数还是个2字节的短整数,所以采取了统一4字节的处理方式,导致参数压栈时做了符号扩展,扩展成了32位的整数-1,打印时 4个位置不够了,就把32位整数-1的8位16进制都打印出来了。如果你想看si的本来面目,那么就应该让编译器做0扩展而不是符号扩展(扩展时二进制左 边补0而不是补符号位):

sprintf(s, "%04X", (unsigned short)si);

就可以了。或者:

unsigned short si = -1;
sprintf(s, "%04X", si);

sprintf 和 printf 还可以按8进制打印整数字符串,使用“%o”。注意8进制和16进制都不会打印出负数,都是无符号的,实际上也就是变量的内部编码的直接的16进制或8进制表示。

2、控制浮点数打印格式

浮点数的打印和格式控制是 sprintf 的又一大常用功能,浮点数使用格式符“%f”控制,默认保留小数点后6位数字,比如:

sprintf(s, "%f", 3.1415926); // 产生 "3.141593"

但有时我们希望自己控制打印的宽度和小数位数,这时就应该使用:“%m.nf”格式,其中m表示打印的宽度,n表示小数点后的位数。比如:

sprintf(s, "%10.3f", 3.1415626);	// 产生:"     3.142″
sprintf(s, "%-10.3f", 3.1415626); // 产生:"3.142     "
sprintf(s, "%.3f", 3.1415626); // 不指定总宽度,产生:"3.142"

注意一个问题,你猜

int i = 100;
sprintf(s, "%.2f", i);

会打出什么东东来?“100.00”?对吗?自己试试就知道了,同时也试试下面这个:

sprintf(s, "%.2f", (double)i);

第一个打出来的肯定不是正确结果,原因跟前面提到的一样,参数压栈时调用者并不知道跟i相对应的格式控制符是个“%f”。而函数执行时函数本身则并不知道当年被压入栈里的是个整数,于是可怜的保存整数i的那4个字节就被不由分说地强行作为浮点数格式来解释了,整个乱套了。

不过,如果有人有兴趣使用手工编码一个浮点数,那么倒可以使用这种方法来检验一下你手工编排的结果是否正确。

字符/Ascii码对照

我们知道,在C/C++语言中,char也是一种普通 的scalable类型,除了字长之外,它与short,int,long这些类型没有本质区别,只不过被大家习惯用来表示字符和字符串而已。

(或许当年 该把这个类型叫做“byte”,然后现在就可以根据实际情况,使用 byte 或 short 来把 char 通过 typedef 定义出来,这样更合适些)

于是,使用“%d”或者“%x”打印一个字符,便能得 出它的10进制或16进制的ASCII码;反过来,使用“%c”打印一个整数,便可以看到它所对应的ASCII字符。以下程序段把所有可见字符的 ASCII码对照表打印到屏幕上(这里采用printf,注意“#”与“%X”合用时自动为16进制数增加“0X”前缀):

for (int i = 32; i < 127; i++)
{
printf("[ %c ]: %3d 0x%#04X/n", i, i, i);
}

3、连接字符串

sprintf的格式控制串中既然可以插入各种东西,并最终把它们“连成一串”,自然也就能够连接字符串,从而在许多场合可以替代 strcat,但 sprintf 能够一次连接多个字符串(自然也可以同时在它们中间插入别的内容,总之非常灵活)。比如:

char *who = "I";
char *whom = "52PHP"; sprintf(s, "%s love %s.", who, whom); // 产生:"I love 52PHP. "

strcat 只能连接字符串(一段以 '\0' 结尾的字 符数组或叫做字符缓冲,null-terminated-string),但有时我们有两段字符缓冲区,他们并不是以 '\0' 结尾。比如许多从第三方库函 数中返回的字符数组,从硬件或者网络传输中读进来的字符流,它们未必每一段字符序列后面都有个相应的 '\0' 来结尾。如果直接连接,不管是 sprintf 还是 strcat 肯定会导致非法内存操作,而 strncat 也至少要求第一个参数是个 null-terminated-string,那该怎么办呢?我们 自然会想起前面介绍打印整数和浮点数时可以指定宽度,字符串也一样的。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!

十有八九要出问题了。是否可以改成:

sprintf(s, "%7s%7s", a1, a2);

也没好到哪儿去,正确的应该是:

sprintf(s, "%.7s%.7s", a1, a2); // 产生:"ABCDEFGHIJKLMN"

这可以类比打印浮点数的“%m.nf”,在“%m.ns”中,m表示占用宽度(字符串长度不足时补空格,超出了则按照实际宽度打印),n才表示从相应的字符串中最多取用的字符数。通常在打印字符串时m没什么大用,还是点号后面的n用的多。自然,也可以前后都只取部分字符:

sprintf(s, "%.6s%.5s", a1, a2); // 产生:"ABCDEFHIJKL"

在许多时候,我们或许还希望这些格式控制符中用以指定 长度信息的数字是动态的,而不是静态指定的,因为许多时候,程序要到运行时才会清楚到底需要取字符数组中的几个字符,这种动态的宽度/精度设置功能在 sprintf 的实现中也被考虑到了,sprintf 采用“*”来占用一个本来需要一个指定宽度或精度的常数数字的位置,同样,而实际的宽度或精度就可以 和其它被打印的变量一样被提供出来,于是,上面的例子可以变成:

sprintf(s, "%.*s%.*s", 7, a1, 7, a2);

或者:

sprintf(s, "%.*s%.*s", sizeof(a1), a1, sizeof(a2), a2);

实际上,前面介绍的打印字符、整数、浮点数等都可以动态指定那些常量值,比如:

sprintf(s, "%-*d", 4, 'A');				// 产生 "65 "
sprintf(s, "%#0*X", 8, 128); // 产生 "0X000080″,"#"产生0X
sprintf(s, "%*.*f", 10, 2, 3.1415926); // 产生"      3.14″

4、打印地址信息

有时调试程序时,我们可能想查看某些变量或者成员的地址,由于地址或者指针也不过是个32位的数,你完全可以使用打印无符号整数的“%u”把他们打印出来:

sprintf(s, "%u", &i);

不过通常人们还是喜欢使用16进制而不是10进制来显示一个地址:

sprintf(s, "%08X", &i);

然而,这些都是间接的方法,对于地址打印,sprintf 提供了专门的“%p”:

sprintf(s, "%p", &i);

我觉得它实际上就相当于:

sprintf(s, "%0*x", 2 * sizeof(void *), &i);

5、利用sprintf的返回值

较少有人注意 printf/sprintf 函数的返回值,但有时它却是有用的,spritnf 返回了本次函数调用最终打印到字符缓冲区中的字符数目。也就是说每当一次 sprinf 调用结束以后,你无须再调用一次strlen 便已经知道了结果字符串的长度。如:

int len = sprintf(s, "%d", i);

对于正整数来说,len便等于整数i的10进制位数。

下面的是个完整的例子,产生10个[0, 100)之间的随机数,并将他们打印到一个字符数组s中,以逗号分隔开。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h> int main(int argc, char **argv)
{
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'; // 将最后一个逗号换成换行符。
printf(s); return 0;
}

设想当你从数据库中取出一条记录,然后希望把他们的各 个字段按照某种规则连接成一个字符串时,就可以使用这种方法,从理论上讲,他应该比不断的 strcat 效率高,因为 strcat 每次调用都需要先找到最后 的那个 '\0' 的位置,而在上面给出的例子中,我们每次都利用 sprintf 返回值把这个位置直接记下来了。

6、使用 sprintf 的常见问题

sprintf是个变参函数,使用时经常出问题,而且只要出问题通常就是能导致程序崩溃的内存访问错误,但好在由sprintf误用导致的问题虽然严重,却很容易找出,无非就是那么几种情况,通常用眼睛再把出错的代码多看几眼就看出来了。

?? 缓冲区溢出

第一个参数的长度太短了,没的说,给个大点的地方吧。当然也可能是后面的参数的问题,建议变参对应一定要细心,而打印字符串时,尽量使用“%.ns”的形式指定最大字符数。

?? 忘记了第一个参数

低级得不能再低级问题,用 printf 用得太惯了。// 偶就常犯。

?? 变参对应出问题

通常是忘记了提供对应某个格式符的变参,导致以后的参数统统错位,检查检查吧。尤其是对应“*”的那些参数,都提供了吗?不要把一个整数对应一个“%s”,编译器会觉得你欺她太甚了。


二、snprintf() 详解

函数原型:

int snprintf(char *restrict buf, size_t n, const char * restrict  format, ...);

函数说明:最多从源串中拷贝 n-1 个字符到目标串中,然后再在后面加一个 '\0'。所以如果目标串的大小为 n 的话,将不会溢出。

函数返回值:若成功则返回欲写入的字符串长度,若出错则返回负值。

1、推荐的用法

#include <stdio.h>

int main(int argc, char **argv)
{
char str[10] = {0,};
snprintf(str, sizeof(str), "0123456789012345678");
printf("str=%s\n", str); return 0;
}

输出:

str=012345678

2、不推荐的用法

#include <stdio.h>

int main(int argc, char **argv)
{
char str[10] = {0,};
snprintf(str, 18, "0123456789012345678");
printf("str=%s/n", str); return 0;
}

输出:

str=01234567890123456

3、snprintf() 函数返回值的测试:

#include <stdio.h>
#include <string.h> int main(int argc, char **argv)
{
char str1[10] = {0,};
char str2[10] = {0,};
int ret1 = 0, ret2 = 0; ret1 = snprintf(str1, sizeof(str1), "%s", "abc");
ret2 = snprintf(str2, 4, "%s", "aaabbbccc"); printf("aaabbbccc length=%d\n", strlen("aaabbbccc"));
printf("str1=%s,ret1=%d\n", str1, ret1);
printf("str2=%s,ret2=%d\n", str2, ret2); return 0;
}

输出:

aaabbbccc length=9
str1=abc,ret1=3
str2=aaa,ret2=9

特别注意:

snprintf() 的返回值是欲写入的字符串长度,而不是实际写入的字符串度。如:

#include <stdio.h>

int main(int argc, char **argv)
{
char test[8];
int ret = snprintf(test, 5, "1234567890");
printf("%d|%s\n", ret, test); return 0;
}

输出:

10|1234

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