4.2 格式输出函数printf

从计算机向外部输出设备（如显示器、打印机、磁盘等）输出信息称为“输出”。简单地说，“输出”就是将计算机内的信息以打印或存储的形式转到终端，最常用的就是将数据输出到显示器上。格式输出函数printf是C语言应用最广泛的输出函数，它将信息直接打印到屏幕上，便于程序运行者观察和调试。printf函数调用时需要包含头文件stdio.h，该头文件称为标准输入输出头文件（standard input output header）。格式为：

#include <stdio.h>

其中#与include之间不应有空格，include与<之间应有一个或多个空格。

4.2.1 标准格式输出

printf函数有多种格式输出控制，其一般形式为：

printf（“格式输出控制表列”，输出参数表列）；

其中，双引号内的是格式输出控制表列，格式输出控制表列可以是直接打印在屏幕上的字符串常量，即按原样输出的普通字符，也可以是用于指定输出格式的特殊字符，即格式说明。格式说明由%和格式字符组成，如%d，%f等。在双引号后应加逗号（,），后面是输出参数表列，可以是变量，常量，表达式等，若有多个输出参数，则各参数间以逗号隔开。逗号和输出参数表列间可以没有空格，也可以有多个空格，且输出参数表列可省略，此时逗号也要一起去掉。例如：

      printf("Hello world");
      printf("%d", 100);

第一个输出语句仅在屏幕上打印字符串Hello world，并且没有输出参数表列。第二个输出语句中，%d称为格式输出控制，含义为整型输出，常量100为输出参数表列。该语句目的是在屏幕上打印常量100的值。

1. %d格式（或者%i）

printf函数中以%作为格式输出控制索引。%d格式（或者%i）以十进制整型格式在屏幕打印输出参数表列的值。其中，输出参数表列可以是一个参数，也可以是多个参数。输出参数的类型可以是字符型，整型，实型，指针类型等任何可转化为数值的操作对象。

范例4.1 IntegerTypePrint.c

IntegerTypePrint.c这里使用%d格式输出几种不同的输出参数，如使用%d格式输出实型数据123.456，使用%d格式输出字符型变量c的值，使用%d格式输出表达式（float）a/b的值等。（光盘\chat4\ IntegerTypePrint.c）

          01   #include<stdio.h>                        //头文件包含stdio.h，用于调用函数printf
          02   main()
          03   {
          04       char c=' A' ;                         //定义字符变量c并赋初值’A'
          05       int a=1;                           //定义变量a并赋初值1
          06       int b=2;                           //定义变量b并赋初值2
          07       printf("c=%d, a/b=%d, b/a=%d, (float)a/b=%d\n", c, a/b, b/a, (float)a/b);
          08       printf("123.456=%d\n",123.456);         //%d格式输出浮点型常量123.456
          09       printf("%d");                       //%d格式输出无输出参数表列值（未知值）
          10   }

程序第7行分别输出字符变量c的值，表达式a/b，b/a及（float）a/b的值。格式输出控制表列中所含有的非格式控制字符将原样输出，如c=，','以及（float）a/b等。'\n'表示换行符，输出表列中遇到这一符号将换行输出。

输出参数表列中字符变量c被赋值为'A'，此时由于使用%d格式输出，因此输出'A'的ASCII码值65。表达式a/b，由于a和b赋初值分别为1和2，因此表达式a/b的值为0，b/a的值为2，虽然（float）a/b中对a作了强制类型转换，表达式(float)a/b的值为0.5，但以%d格式输出仍为0。

程序第8行输出浮点型常量123.456，由于C语言中将浮点型常量作为double型处理，而%d输出常量123.456在内存中的低4字节的数据，因此会输出446676599的垃圾值。

程序第9行输出无输出参数表列的数值，由于没有输出参数，系统将输出垃圾值2367460。

程序运行输出结果为：

      c=65, a/b=0, b/a=2, (float)a/b=0
      123.456=446676599
      2367460

2. %ld格式

%ld格式用于输出long型数据对象，如定义long型变量la并赋初值12345678，则应使用%ld格式输出。例如：

      long  la=12345678
      printf("la = %ld\n", la);

3. %u格式

%u格式以无符号型输出数据，用于输出unsigned类型数据，使用%u格式时，系统将以无符号型输出参数表列的十进制整型值。假如参数表列的值为负数，将以该数的补码计算所得的整型十进制数输出。

范例4.2 IntegerTypeUnsigned.c

IntegerTypeUnsigned.c这里分别使用%d和%u格式输出常量-1。由于在系统中-1以补码形式存放，而%u格式将不考虑数据的符号，而直接将内存中的数值输出，因此得到与%d不一样的数值。（光盘\chat4\ IntegerTypeUnsigned.c）

          01   #include<stdio.h>
          02   main()
          03   {
          04       unsigned int a=-1;                //定义unsigned int型变量a并赋初值-1
          05       printf("-1=%d\n", a);              //%d格式输出-1
          06       printf("-1=%u\n", a);              //%u格式输出-1
          07   }

程序第4行将常量-1赋给unsigned int型变量a。在系统中，-1以补码形式存放。-1的补码为0xffffffff，因此变量a的值为0xffffffff。

程序第5行以%d格式输出变量a的值，由于%d格式为有符号输出，因此数值0xffffffff作为有符号数将输出-1。

程序第6行以%u格式输出，由于系统不考虑最高位符号位，因此程序将0xffffffff以十进制数输出，为4294967295。

程序运行输出结果为：

-1=-1

-1=4294967295

4. %c格式

%c格式以字符型将数据输出在屏幕上，当使用%c格式输出时，输出参数可以是字符型、整型或实型的常量或变量等。例如：

char c='a', cc='6';

printf("%c, %c, %c\n", c, cc, 122);

屏幕输出为：a, 6, z。printf函数使用%c作为格式控制，输出参数中变量c和cc分别赋初值'a'和'6'。对于输出参数122，由于其为常量，因此系统将与其对应的ASCII码表中的字符输出，为'z'。需要注意的是，使用%c格式输出时，可以使用任何能表示数值的对象作为输出参数，但此时仅取该对象在内存中的最低字节，并输出对应的字符。例如：

printf("%c, %c\n", -159, 97);

输出结果：a，a。两个不同的整型值输出了相同的字符，原因是由于%c格式仅打印输出参数在内存的最低字节值对应的字符。分析-159在内存中的存储结构，由于-159为负数，因此内存中将以补码形式存放。

[-159]原码=10000000000000000000000010011111

[-159]反码=11111111111111111111111101100000

[-159]补码=11111111111111111111111101100001

整型值97在内存中的原码、反码和补码均相同，这里仅写出其补码形式。

[97]补码 =00000000000000000000000001100001

分析两个数值的最后一个字节（低8位），均为01100001，对应数值为97，因此程序将97对应的字符'a'输出，结果为：a，a。

5. %f格式

%f格式以浮点型输出，主要用于输出float型和double型数据。默认输出小数点后6位数字，不够6位补零输出。例如：

printf("%f, %f\n", 123.456, 789);

输出结果为：123.456000, 0.000000。之所以整型常量789使用%f格式输出0.000000，是由于789的存储格式和%f的输出格式不同。整型常量789在内存中以补码形式存放，形式为：

[789]补码=00000000000000000000001100010101

默认%f以单精度浮点类型输出，并根据第2章中图2-4的格式读取内存数据。数据最高位为符号位，低23位为尾数，中间8位为指数位，因此内存中的数值构成浮点数：

0.00000000000001100010101*20

由于%f精确到小数点后7位有效数字，因此无法输出任何有效数据位，所以程序对789按%f格式将输出0.000000。

6. %e格式

%e格式以指数形式输出，指数形式由数符、数值、字符（E或e）、阶符和阶码组成，如图4-1所示。

图4-1 %e格式指数形式

其中，数符用以表示数据的正负，若数据为正，则正号（+）省略。数值部分由整数部分和小数部分组成，整数部分为1位非零的整数（即1～9之间的数），小数部分由6位数字组成，若数据小数部分多于6位，按照四舍五入处理。紧跟在数值后面的是表示指数形式的字符E或e。阶符为指数符号，分为正（+）和负（-）两种。阶码为幂指数，底数为10。%e精度与double类型一致。例如：

printf("%e, %e, %e, %e\n",123.456, 123.456789, 0.0123456789, 789);

输出结果为：1.234560e+002, -1.234568e+002, 1.234568e-001, 5.597333e-308。

7. %s格式

%s用于输出字符串。C语言中除了可以直接以普通字符形式输出字符串外，还可以将字符串放在输出表列，以%s格式输出。例如：

printf("%s\n","Hello world");

输出结果为：Hello world。除了字符串常量外，输出参数也可以是能够承载字符串的指针或者数组等变量，后续章节将对字符串输出作进一步介绍。

当字符串中含有特殊控制字符时，将执行这些特殊控制字符。例如：

printf("%s\n","Hello\nwor\0ld");

输出结果为：

Hello

wor

程序遇 '\n' 字符将执行换行操作，遇 '\0' 字符认为字符串结束，因此不会输出完整的word单词。

8. %o和%x格式

%o和%x格式分别以无符号八进制和十六进制输出数据。例如：

printf("%o, %x\n",65535,65535);

输出结果为：177777，ffff

9. %和\输出

由于%和\本身作为特殊控制符，正常情况下无法输出这类符号，需要使用特殊格式才能将其输出。操作方法为在格式控制符%或\前面重写一遍该字符。

4.2.2 格式输出控制

除了基本的格式输出控制，C语言还提供了扩展的格式输出控制。这些格式用于控制输出数据的位置、输出位数和对齐方式等。

1. %md和%-md格式

这两种格式用于按指定的宽度m以十进制整型输出数据，m为整型值。对于%md，若输出数据宽度大于m，则按照实际位数输出，若输出数据宽度小于m，则左补空格，输出总共为 m 列。对于%-md，若输出数据宽度大于 m，则按照实际位数输出，若输出数据宽度小于m，则右补空格，输出总共为m列。例如：

printf("%4d%4d%4d\n", 2, 34567, 789);

printf("%-4d%-4d%-4d\n",2,34567, 789);

输出结果如下，其中，'_'表示空格。

      _ _ _2 | 34567 | _789
      2_ _ _ | 34567 | 789_

2. %mc和%-mc格式

与%md和%-md格式类似，%mc和%-mc格式用于按指定宽度m输出字符数据，m为整型值。

范例4.3 SpecialTypeOutFormatChar.c

SpecialTypeOutFormatChar.c使用%mc或%-mc格式输出如下图案。

（光盘\chat4\ SpecialTypeOutFormatChar.c）

          01   #include<stdio.h>
          02   main()
          03   {
          04       printf("现在输出星型图\n");
          05      printf("%4c\n", ' *' );             //输出第一行星号
          06      printf("%3c%2c\n", ' *' , ' *' );         //输出第二行星号
          07      printf("%2c%4c\n", ' *' , ' *' );         //输出第三行星号
          08      printf("%-6c%c\n", ' *' , ' *' );         //输出第四行星号
          09      printf("%2c%4c\n", ' *' , ' *' );         //输出第五行星号
          10      printf("%3c%2c\n", ' *' , ' *' );         //输出第六行星号
          11      printf("%4c\n", ' *' );             //输出第七行星号
          12   }

程序第5行到第11行根据每行的空格数分别使用格式输出控制不同的字符类型。程序使用格式输出%md和%-md控制空行的输出，从而使各星号的打印能够列对齐。程序输出结果为：

现在输出星型图

3. %mf、%-mf、%.nf、%m.nf及%-m.nf格式

与输出十进制整型格式类似，浮点数格式输出也可以设置输出宽度。%mf用于%-mf指定包括小数点在内的数据宽度m，当m大于实际数据宽度时，%mf左补空格，%-mf右补空格；当m小于等于实际数据宽度时，将以实际数值输出。

%.nf仅用于指定小数点后的输出宽度。当n大于数据有效位数时右边补零，当n小于数据有效位时采用四舍五入处理。例如：

printf("%.5f, %.3f\n",5.6789, 9.87654);

输出结果为：5.67890，9.877

%m.nf格式中，m用于指定包括小数点在内输出的全部数据的宽度，当m大于输出全部数据宽度时，左补空格；当m小于输出全部数据宽度时，将按实际宽度输出。n用于指定小数点后数据宽度，若n大于数据有效位宽度，右补零；若n小于等于数据有效位宽度，将采用四舍五入处理。需要注意的是，在使用这种格式输出时，将优先考虑 n 的值，即在满足 n值的基础上再判断m对数据输出的影响。当m小于等于n时，m对输出数据不起作用。例如：

printf("%6.2f, %5.3f, %8.4f\n",1.234,19.87654,100000.23);

输出结果为：_ _1.23, 19.877, 100000.2300

%-m.nf与%m.nf类似，区别在于当m的值大于输出全部数据宽度时，右补空格。

4. %ms、%-ms、%m.ns、%-m.ns及%.ns格式

%ms和%-ms用于输出宽度为m列的字符串，当m小于实际字符串长度时，将按实际字符串输出；当m大于实际字符串长度时，%m格式左补空格，%-m右补空格。

%m.ns与%-m.ns格式中，m用于指定输出字符串的长度，当m大于实际串长度时，分别左补或右补空格；当m小于等于实际字符串长度时，按实际字符串输出。n用于指定输出左边n个字符，当n大于实际字符串长度时，按实际字符串输出。需要注意的是，当m小于n时，忽略m的作用。

%.ns用于输出字符串左边n个字符，当n大于实际字符串长度时，按实际字符串输出。例如：

printf("%3s,%7.2s,%.8s,%-5.3s, %6.7s\n","china","china","china","china","china");

输出结果为：chi, _ _ _ _ _ch, china, chi_ _, _china