12:16 PM
C语言数据输出大汇总以及轻量进阶
在C语言中,有三个函数可以用来在显示器上输出数据,它们分别是:
  • puts():只能输出字符串,并且输出结束后会自动换行,在《C语言在屏幕上显示内容》中已经进行了介绍。
  • putchar():只能输出单个字符,在《C语言处理英文字符》中已经进行了介绍。
  • printf():可以输出各种类型的数据,在前面的很多章节中都进行了介绍。

printf() 是最灵活、最复杂、最常用的输出函数,完全可以替代 puts() 和 putchar(),大家一定要掌握。前面的章节中我们已经介绍了 printf() 的基本用法,本节将重点介绍 printf() 的高级用法。
对于初学者,这一节的内容可能有些繁杂,如果你希望加快学习进度,尽早写出有趣的代码,也可以跳过这节,后面遇到不懂的 printf() 用法再来回顾。
首先汇总一下前面学到的格式控制符:
格式控制符 说明
%c 输出一个单一的字符
%hd、%d、%ld 以十进制、有符号的形式输出 short、int、long 类型的整数
%hu、%u、%lu 以十进制、无符号的形式输出 short、int、long 类型的整数
%ho、%o、%lo 以八进制、不带前缀、无符号的形式输出 short、int、long 类型的整数
%#ho、%#o、%#lo 以八进制、带前缀、无符号的形式输出 short、int、long 类型的整数
%hx、%x、%lx
%hX、%X、%lX
以十六进制、不带前缀、无符号的形式输出 short、int、long 类型的整数。如果 x 小写,那么输出的十六进制数字也小写;如果 X 大写,那么输出的十六进制数字也大写。
%#hx、%#x、%#lx
%#hX、%#X、%#lX
以十六进制、带前缀、无符号的形式输出 short、int、long 类型的整数。如果 x 小写,那么输出的十六进制数字和前缀都小写;如果 X 大写,那么输出的十六进制数字和前缀都大写。
%f、%lf 以十进制的形式输出 float、double 类型的小数
%e、%le
%E、%lE
以指数的形式输出 float、double 类型的小数。如果 e 小写,那么输出结果中的 e 也小写;如果 E 大写,那么输出结果中的 E 也大写。
%g、%lg
%G、%lG
以十进制和指数中较短的形式输出 float、double 类型的小数,并且小数部分的最后不会添加多余的 0。如果 g 小写,那么当以指数形式输出时 e 也小写;如果 G 大写,那么当以指数形式输出时 E 也大写。
%s 输出一个字符串

printf() 的高级用法

通过前面的学习,相信你已经熟悉了 printf() 的基本用法,但是这还不足以把它发挥到极致,printf() 可以有更加炫酷、更加个性、更加整齐的输出形式。

假如现在老师要我们输出一个 4×4 的整数矩阵,为了增强阅读性,数字要对齐,怎么办呢?我们显然可以这样做:

 
  1. #include <stdio.h>
  2. int main()
  3. {
  4. int a1=20, a2=345, a3=700, a4=22;
  5. int b1=56720, b2=9999, b3=20098, b4=2;
  6. int c1=233, c2=205, c3=1, c4=6666;
  7. int d1=34, d2=0, d3=23, d4=23006783;
  8.  
  9. printf("%d %d %d %d\n", a1, a2, a3, a4);
  10. printf("%d %d %d %d\n", b1, b2, b3, b4);
  11. printf("%d %d %d %d\n", c1, c2, c3, c4);
  12. printf("%d %d %d %d\n", d1, d2, d3, d4);
  13.  
  14. return 0;
  15. }
运行结果:
20 345 700 22
56720 9999 20098 2
233 205 1 6666
34 0 23 23006783
矩阵一般在大学的《高等数学》中会讲到,m×n 的数字矩阵可以理解为把 m×n 个数字摆放成 m 行 n 列的样子。
看,这是多么地自虐,要敲那么多空格,还要严格控制空格数,否则输出就会错位。更加恶心的是,如果数字的位数变了,空格的数目也要跟着变。例如,当 a1 的值是 20 时,它后面要敲八个空格;当 a1 的值是 1000 时,它后面就要敲六个空格。每次修改整数的值,都要考虑修改空格的数目,逼死强迫症。

类似的需求随处可见,整齐的格式会更加美观,让人觉得生动有趣。其实,我们大可不必像上面一样,printf() 可以更好的控制输出格式。更改上面的代码:

 
  1. #include <stdio.h>
  2. int main()
  3. {
  4. int a1=20, a2=345, a3=700, a4=22;
  5. int b1=56720, b2=9999, b3=20098, b4=2;
  6. int c1=233, c2=205, c3=1, c4=6666;
  7. int d1=34, d2=0, d3=23, d4=23006783;
  8.  
  9. printf("%-9d %-9d %-9d %-9d\n", a1, a2, a3, a4);
  10. printf("%-9d %-9d %-9d %-9d\n", b1, b2, b3, b4);
  11. printf("%-9d %-9d %-9d %-9d\n", c1, c2, c3, c4);
  12. printf("%-9d %-9d %-9d %-9d\n", d1, d2, d3, d4);
  13.  
  14. return 0;
  15. }
输出结果:
20 345 700 22
56720 9999 20098 2
233 205 1 6666
34 0 23 23006783
这样写起来更加方便,即使改变某个数字,也无需修改 printf() 语句,增加或者减少空格数目。

%-9d中,d表示以十进制输出,9表示最少占9个字符的宽度,宽度不足以空格补齐,-表示左对齐。综合起来,%-9d表示以十进制输出,左对齐,宽度最小为9个字符。大家可以亲自试试%9d的输出效果。

printf() 格式控制符的完整形式如下:
%[flag][width][.precision]type
[ ] 表示此处的内容可有可无,是可以省略的。
1) type 表示输出类型,比如 %d、%f、%c、%lf,type 就分别对应 d、f、c、lf;再如,%-9d中 type 对应 d。

type 这一项必须有,这意味着输出时必须要知道是什么类型。

2) width 表示最小输出宽度,也就是至少占用几个字符的位置;例如,%-9d中 width 对应 9,表示输出结果最少占用 9 个字符的宽度。

当输出结果的宽度不足 width 时,以空格补齐(如果没有指定对齐方式,默认会在左边补齐空格);当输出结果的宽度超过 width 时,width 不再起作用,按照数据本身的宽度来输出。

下面的代码演示了 width 的用法:

 
  1. #include <stdio.h>
  2. int main(){
  3. int n = 234;
  4. float f = 9.8;
  5. char c = '@';
  6. char *str = "http://c.biancheng.net";
  7. printf("%10d%12f%4c%8s", n, f, c, str);
  8.  
  9. return 0;
  10. }
运行结果:
 234 9.800000 @http://c.biancheng.net
对输出结果的说明:
  • n 的指定输出宽度为 10,234 的宽度为 3,所以前边要补上 7 个空格。
  • f 的指定输出宽度为 12,9.800000 的宽度为 8,所以前边要补上 4 个空格。
  • str 的指定输出宽度为 8,"http://c.biancheng.net" 的宽度为 22,超过了 8,所以指定输出宽度不再起作用,而是按照 str 的实际宽度输出。

3) .precision 表示输出精度,也就是小数的位数。
  • 当小数部分的位数大于 precision 时,会按照四舍五入的原则丢掉多余的数字;
  • 当小数部分的位数小于 precision 时,会在后面补 0。

另外,.precision 也可以用于整数和字符串,但是功能却是相反的:
  • 用于整数时,.precision 表示最小输出宽度。与 width 不同的是,整数的宽度不足时会在左边补 0,而不是补空格。
  • 用于字符串时,.precision 表示最大输出宽度,或者说截取字符串。当字符串的长度大于 precision 时,会截掉多余的字符;当字符串的长度小于 precision 时,.precision 就不再起作用。

请看下面的例子:

 
  1. #include <stdio.h>
  2. int main(){
  3. int n = 123456;
  4. double f = 882.923672;
  5. char *str = "abcdefghi";
  6. printf("n: %.9d %.4d\n", n, n);
  7. printf("f: %.2lf %.4lf %.10lf\n", f, f, f);
  8. printf("str: %.5s %.15s\n", str, str);
  9. return 0;
  10. }
运行结果:
n: 000123456 123456
f: 882.92 882.9237 882.9236720000
str: abcde abcdefghi
对输出结果的说明:
  • 对于 n,.precision 表示最小输出宽度。n 本身的宽度为 6,当 precision 为 9 时,大于 6,要在 n 的前面补 3 个 0;当 precision 为 4 时,小于 6,不再起作用。
  • 对于 f,.precision 表示输出精度。f 的小数部分有 6 位数字,当 precision 为 2 或者 4 时,都小于 6,要按照四舍五入的原则截断小数;当 precision 为 10 时,大于 6,要在小数的后面补四个 0。
  • 对于 str,.precision 表示最大输出宽度。str 本身的宽度为 9,当 precision 为 5 时,小于 9,要截取 str 的前 5 个字符;当 precision 为 15 时,大于 9,不再起作用。

4) flag 是标志字符。例如,%#x中 flag 对应 #,%-9d中 flags 对应-。下表列出了 printf() 可以用的 flag:
标志字符 含  义
- -表示左对齐。如果没有,就按照默认的对齐方式,默认一般为右对齐。
+ 用于整数或者小数,表示输出符号(正负号)。如果没有,那么只有负数才会输出符号。
空格 用于整数或者小数,输出值为正时冠以空格,为负时冠以负号。
#
  • 对于八进制(%o)和十六进制(%x / %X)整数,# 表示在输出时添加前缀;八进制的前缀是 0,十六进制的前缀是 0x / 0X。
  • 对于小数(%f / %e / %g),# 表示强迫输出小数点。如果没有小数部分,默认是不输出小数点的,加上 # 以后,即使没有小数部分也会带上小数点。

请看下面的例子:

 
  1. #include <stdio.h>
  2. int main(){
  3. int m = 192, n = -943;
  4. float f = 84.342;
  5. printf("m=%10d, m=%-10d\n", m, m); //演示 - 的用法
  6. printf("m=%+d, n=%+d\n", m, n); //演示 + 的用法
  7. printf("m=% d, n=% d\n", m, n); //演示空格的用法
  8. printf("f=%.0f, f=%#.0f\n", f, f); //演示#的用法
  9.  
  10. return 0;
  11. }
运行结果:
m= 192, m=192 
m=+192, n=-943
m= 192, n=-943
f=84, f=84.
对输出结果的说明:
  • 当以%10d输出 m 时,是右对齐,所以在 192 前面补七个空格;当以%-10d输出 m 时,是左对齐,所以在 192 后面补七个空格。
  • m 是正数,以%+d输出时要带上正号;n 是负数,以%+d输出时要带上负号。
  • m 是正数,以% d输出时要在前面加空格;n 是负数,以% d输出时要在前面加负号。
  • %.0f表示保留 0 位小数,也就是只输出整数部分,不输出小数部分。默认情况下,这种输出形式是不带小数点的,但是如果有了#标志,那么就要在整数的后面“硬加上”一个小数点,以和纯整数区分开。

printf() 不能立即输出的问题

printf() 有一个尴尬的问题,就是有时候不能立即输出,请看下面的代码:

 
  1. #include<stdio.h>
  2. #include<unistd.h>
  3. int main()
  4. {
  5. printf("C语言中文网");
  6. sleep(5); //程序暂停5秒钟
  7. printf("http://c.biancheng.net\n");
  8.  
  9. return 0;
  10. }
这段代码使用了两个 printf() 语句,它们之间有一个 sleep() 函数,该函数的作用是让程序暂停 5 秒,然后再继续执行。sleep() 是 Linux 和 Mac OS 下特有的函数,不能用于 Windows。当然,Windows 下也有功能相同的暂停函数,叫做 Sleep(),稍后我们会讲解。

在 Linux 或者 Mac OS 下运行该程序,会发现第一个 printf() 并没有立即输出,而是等待 5 秒以后,和第二个 printf() 一起输出了,请看下面的动图演示:

我们不妨修改一下代码,在第一个 printf() 的最后添加一个换行符,如下所示:

printf("C语言中文网\n");

再次编译并运行程序,发现第一个 printf() 首先输出(程序运行后立即输出),等待 5 秒以后,第二个 printf() 才输出,请看下面的动图演示:

为什么一个换行符\n就能让程序的表现有天壤之别呢?按照通常的逻辑,程序运行后第一个 printf() 应该立即输出,而不是等待 5 秒以后再和第二个 printf() 一起输出,也就是说,第二种情形才符合我们的惯性思维。然而,第一种情形该如何理解呢?

其实,这一切都是输出缓冲区(缓存)在作怪!

从本质上讲,printf() 执行结束以后数据并没有直接输出到显示器上,而是放入了缓冲区,直到遇见换行符\n才将缓冲区中的数据输出到显示器上。更加深入的内容,我们将在本章的《C语言缓冲区(缓存)详解》中详细讲解。

以上测试的是 Linux 和 Mac OS,我们不妨再测试一下 Windows,请看下面的代码:

 
  1. #include<stdio.h>
  2. #include<Windows.h>
  3. int main()
  4. {
  5. printf("C语言中文网");
  6. Sleep(5000); //程序暂停5秒钟
  7. printf("http://c.biancheng.net\n");
  8.  
  9. return 0;
  10. }
在 Windows 下,想让程序暂停可以使用 Windows.h 头文件中的 Sleep() 函数(S要大写),它和 Linux 下的 sleep() 功能相同。不过,sleep() 要求的时间单位是秒,而 Sleep() 要求的时间单位是毫秒,1 秒等于 1000 毫秒。这段代码中,我们要求程序暂停 5000 毫秒,也即 5 秒。

编译并运行程序,会发现第一个 printf() 首先输出(程序运行后立即输出),等待 5 秒以后,第二个 printf() 才输出,请看下面的动画演示:


在第一个 printf() 的最后添加一个换行符,情况也是一样的,第一个 printf() 从来不会和第二个 printf() 一起输出。

你看,Windows 和 Linux、Mac OS 的情况又不一样。这是因为,Windows 和 Linux、Mac OS 的缓存机制不同。更加深入的内容,我们将在本章的《C语言缓冲区(缓存)详解》中详细讲解。

要想破解 printf() 输出的问题,必须要了解缓存,它能使你对输入输出的认识上升到一个更高的层次,以后不管遇到什么疑难杂症,都能迎刃而解。可以说,输入输出的“命门”就在于缓存。

总结

对于初学者来说,上面讲到的 printf() 用法已经比较复杂了,基本满足了实际开发的需求,相信大家也需要一段时间才能熟悉。但是,受到所学知识的限制,本文也未能讲解 printf() 的所有功能,后续我们还会逐步深入。

printf() 的这些格式规范不是“小把戏”,优美的输出格式随处可见,例如,dos 下的 dir 命令,会整齐地列出当前目录下的文件,这明显使用了右对齐,还指定了宽度。
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