• sprintf与浮点数表示


    sprintf与浮点数表示

    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。
    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。

    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。

    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);
    }


    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 = "CSDN";
    sprintf(s, "%s love %s.", who, whom); //产生:"I love CSDN. "
    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"


    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);
    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 <stdlib.h>
    #include <stdio.h>
    #include <time.h>
    int main() {
          srand((unsigned)time(NULL));
          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。


    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。
            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(编译器是obj 和exe 的妈妈,应该是个女的,:P)。
        strftime
            sprnitf 还有个不错的表妹:strftime,专门用于格式化时间字符串的,用法跟她表哥很像,也是一大堆格式控制符,只是毕竟小姑娘家心细,她还要调用者指定缓冲区的最大长度,可能是为了在出现问题时可以推卸责任吧。这里举个例子:
    time_t t = time(0);
    //产生"YYYY-MM-DD hh:mm:ss"格式的字符串。
    char s[32];
    strftime(s, sizeof(s), "%Y-%m-%d %H:%M:%S", localtime(&t));
    sprintf 在MFC 中也能找到他的知音:CString::Format,strftime 在MFC 中自然也有她的同道:
    CTime::Format,这一对由于从面向对象哪里得到了赞助,用以写出的代码更觉优雅

     浮点数的表示 

            我两年前就知道不应该用==号来判断浮点数的相等了,因为存在一个精度的问题,但是一直以来,都没怎么在乎这些东西,而实际上,我对于浮点数的结构,虽然 了解,但并不清晰. 作为一个C++爱好者,应该尽量搞清楚每一个问题,所以我搞清楚了浮点数的内在表示及实现.在没有大问题的情况下,一切以易于理解和记忆为标准.
            首先说一下原,反,补,移码. 移码其实就等于补码,只是符号相反. 对于正数而言,原,反,补码都一样, 对负数而言,反码除符号位外,在原码的基础上按位取反,补码则在反码的基础之上,在其最低位上加1,要求移码时,仍然是先求补码,再改符号.
    浮点数分为float和double,分别占4,8个字节,即32,64位. 我仅以32位的float为例,并附带说double.
    在IEEE754标准中,规定,float的32位这样分:
        符号位 (S)
    1
    阶码 (E)
     8
    尾数 (M)
    23
     
     这里应该注意三点:  
             A,阶码是用 移码表示的,这里会有一个127的偏移量,它的127相当于0,小于127时为负,大于127时为正,比如:10000001表示指数为129-127=2,表示真值为2^2,而01111110则表示2^(-1).
             B, 尾数全都是小数点后面的数,
             C, 但尾数中省略了一个1,因此尾数全为0时,也是1.0...00;
    接下来只要说明几个问题就明白了,以123.456为例,表示为二进制就是: N (2) = 1111011. 01110100101111001 ,这里,会右移6位,得到 N (2) = 1.111011 01110100101111001*2^6; 这种形式就可以用于上图中的表示格式了.              
     
            注意到,上面的阶码第一位为0表正,尾数比N(2)表示的第一位少了个1,这就是上面说的默认为第一位为1. 由于在将十进制转为二进制的过程中,常常不能正好转得相等, (当然,像4.0这样的就不会有损失,而1.0/3.0这样的必然损失),所以就产生了浮点数的精度问题, 实际上,小数点后的23位二进制数,能影响的十进制数的前8位,这是为什么呢?一般人在这时往往迷迷胡胡了,其实很简单,在上面表示的尾数中,是二进制 的,小数点后有23位,最后一位的值为1时,它就是1/2^22=0.000000238实际取的时候肯定是0.0000002,也就是说,对于一个 float型的浮点数,其有效的位数是从左到右数7位(包括缺省的1才是7位),当到达上面这个第8位时,就不可靠了,但我们的VC6可以输出最长的 1.0/3.0为0.33333333333333331,这主要是编译器的问题了, 而并不是说浮点数小数点后的16位都有效. 如果不信的话,可以去试一下double类型的1.0/3.0, 得到的也将是小数点后17 位.                                                                                                  ..另外,编译器或电路板一般都有"去噪声"的"修正"能力,它能够使得超过7位的十进制数即使无效了也不会变得离谱,这也是上面为什么一直都是输出 333而不是345之类的,. 可以这样试一下:
    float f=123456789;
     cout<<f<<endl;//这里肯定得到123456789.
    这里有一个被人遗忘的问题,就是10进制小数怎么变为2进制小数,其实很简单,就是将10进的小数部分不断乘以2,进位时就将对应的2进制位写入1. 因此将上面的 N (2) = 1.111011 01110100101111001*2^6;再转回十进制数时,很可能已经不再是123.456了. 好,精度问题应该说清楚了. 下面说示数范围.
    阶码的示数位数是8位移码, 最大为127最小为-127,这里的127用来作为2的指数,因此为2^127,约等于 1.7014*10^38, 而我们知道,float的示数范围约为-3.4*10^38-------3.4*10^38, 这是因为尾数的24位(默认第一位为1)全为1是,非常接近2,  1.11..11很明显约为2,因此浮点数的范围就出来了.
    double的情况与float完全相似,只是它的内在形式是

    主要的区别在于它的阶码有11位了, 这就有2^1023约等于 0.8572*10^308, 尾数53位约为2,故double的示数范围约为 -1.7*10^308.------1.7*10^308.  至于其精度,同样,1.0/2^51=4.4*10^(-16).小数点后15位有效,加上缺省的那一位,因此对于double浮点数,从左到右的16位 数都是可靠的.
    有时,我们会听到"定点小数"这个词,单片机(如手机等)一般只使用定点数,迷糊的时候,我们会以为 float  a=23.4; 这种是定点小数, float a=2.34E1这种为浮点数,其实这是错误的, 上面只是同一个浮点数的不同表示,都是浮点数. 定点小数是有这种提法,认为整就是定点小数,小数点定在个位后面,小数部分为0.也可认为纯小数是定点小数,但它只能表示小于1的纯小数.
    然后再说一下C/C++中的几个函数, C++中默认输出小数点后的5位小数,但可以设置,有两种方法:调用setpression或者使用cout.pression,但效果是不同的:
     float mm=123.456789f;
     cout<<mm<<endl;  //123.457           虽说默认为不数点后5位,但只是整数部分只有一位才这样.
     setprecision(10);                               //设置小数点后的位数,但当整数部分有两位时,与默认情况没什么两样,不起作用.
     cout<<mm<<endl;  //123.457
     cout.precision(4);                              //设置总的位数.
     cout<<mm<<endl;  //123.4     总之效果是比较怪的,个人认为虽然这样显得不够确定,但实为硬件系统所限.无可厚非.
    对于0的实际表示,有人认为+0一般能绝对为0,而-0则可能表示一个极小的数.  为此,本人想到了一种很好的验证办法,证明了不管+0还是-0,它都是2^(-127),代码如下:
     float fDigital = 0.0f;       
     unsigned long nMem;// 临时变量,用于存储浮点数的内存数据
     // 将内存按位复制到临时变中,以便取用,此时的nMem并不等于fDigital了,它是按位复制的。
     nMem = *(unsigned long*)&fDigital;
     cout<<nMem<<endl;  //一般得到一个很大的整数.
     bitset<32>mybit(nMem);//妙在此处,这里的输出就是32float的内存表示了.终于完全直观地看到了.
     cout<<mybit<<endl;   //00000000000000000000000000000000 用-0.0来试,也是如此.
    如果你还认为上面那一长串的0表示的是绝对的0,那么请重新看本文. 事实上,本人的这种做法是比较巧妙的,将上面的fDigital用任何其它浮点数表示,这个bitset数都可以反映出它的内存表示.
    有移码表示阶码有是有原因的,主要是移码便于对阶操作,从而比较两个浮点数的大小. 这里要注意的是,阶码不能达到11111111的形式,IEEE规定,当编译器遇到阶码为0XFF时,即调用溢出指令.  总之,阶码化为整数时,范围是:-127~127.
    最后,有一个往往高手也汗颜的地方,一定要记住,浮点数没有无符号型的usinged float/double是错误的.
     
    转自:https://blog.csdn.net/tianyaweizhiren/article/details/3403608?utm_medium=distribute.pc_relevant.none-task-blog-baidujs_title-4&spm=1001.2101.3001.4242
     
     
     
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