自己动手写C语言格式化输出函数（一）

printf系列函数，包括fprintf、sprintf函数等，其功能是将C语言的所有基本数据类型按用户要求进行格式化输出。

printf函数几乎是所有学习C语言的人接触到的第一个函数，是C语言标准中使用频率最高的函数。

printf函数是C语言标准函数中最著名的可变参数函数，看见printf这个函数名，就想起了C语言的说法一点也不过分，因此，可以说是C语言标准函数中的最具标志性的函数。

printf系列函数。在DOS环境下，这一系列输出函数涵盖了PC机所能用到的所有输出设备，所以printf系列函数也是C语言中最复杂的函数。

当然，随着DOS时代的结束，不仅printf系列函数的作用减弱了，就连C语言本身也被压缩到了最小的应用领域。

本文写的sprintfA函数，也是应一个小友要求写的几个函数之一，包括我昨天发布的《自己动手写C语言浮点数转换字符串函数》中的FloatToStr函数，是用来学习用的。之所以取名为sprintfA，不仅是区别系统本身的sprintf函数，同时也因为在Windows下，A表示的是传统的ANSI函数。因为在Windows下，printf系列函数也“与时俱进”了，如wprintf等就是在宽字符环境下的输出函数。由于我在sprintfA函数中使用了Windows的宽字符转换函数，因此该函数只适用于Windows环境。

由于sprintfA函数代码比较长，将分为多篇文章发布，《自己动手写C语言浮点数转换字符串函数》一文中的代码也应算作一篇：

一、数据定义：

typedef struct
{
	INT type;		// 数据长度类型
	INT width;		// 数据最小宽度
	INT precision;	// 数据精度
	BOOL left;		// 是否居左
	BOOL zero;		// 是否前导零
	INT decimals;	// 浮点数: 1强制小数位; 16进制: -1: 0x, 1: 0X
	INT negative;	// 符号：-1: '-'; 1: '+'
	LPSTR param;	// 参数指针
}FormatRec;

typedef	long long			LLONG, *PLLONG;
typedef	unsigned long long	ULLONG, *PULLONG;

#define	TYPE_CHAR		0
#define	TYPE_SHORT		1
#define	TYPE_GENERAL	2
#define	TYPE_LONG		3
#define	TYPE_LLONG		4

#define	PTR_SIZE		sizeof(VOID*)
#define	TypeSize(size)	(((size + PTR_SIZE - 1) / PTR_SIZE) * PTR_SIZE)

#define	TS_PTR			PTR_SIZE
#define	TS_CHAR			TypeSize(sizeof(CHAR))
#define	TS_WCHAR        TypeSize(sizeof(WCHAR))
#define	TS_SHORT		TypeSize(sizeof(SHORT))
#define	TS_INT			TypeSize(sizeof(INT))
#define	TS_LONG			TypeSize(sizeof(LONG))
#define	TS_LLONG		TypeSize(sizeof(LLONG))
#define	TS_FLOAT		TypeSize(sizeof(FLOAT))
#define	TS_DOUBLE		TypeSize(sizeof(double))
#define	TS_EXTENDED		TypeSize(sizeof(EXTENDED))

#define	CHAR_SPACE		' '
#define	CHAR_ZERO		'0'
#define	CHAR_POS		'+'
#define	CHAR_NEG		'-'

#define	HEX_PREFIX_U	"0X"
#define	HEX_PREFIX_L	"0x"

#define	MAX_DIGITS_SIZE	40

FormatRec是一个数据格式化结构，它包含了sprintfA格式化各种数据所需的基本信息。

TYPE_XXXX是数据类型标记，对应于FormatRec.type字段。

TS_XXXX是各种数据类型在sprintfA可变参数传递时所占的栈字节长度。除指针类型和INT类型长度直接用sizeof关键字确定栈字节长度外，其它数据类型所占栈长度则用TypeSize宏配合计算取得，这样就使得这些数据所占栈字节长度在各种环境下都是正确的，比如字符型长度为1字节，TypeSizesizeof(CHAR))，在32位编译环境时等于4，在64位编译环境时则等于8。

对于带任意类型可变参数的函数来说，实参数据类型的栈字节长度正确与否，完全取决于程序员。比如在sprintfA的格式参数中定义了%Ld，应该是个64位整数类型，而在对应的可变参数部分却给了一个int类型，在32位编译器环境下，就存在2个错误，一是数据类型不正确，二是栈字节长度不匹配，64位整数长度为8字节，而INT的长度却只有4字节，其结果就是这个数据以及其后的所有数据都会出现错误的显示结果，甚至还有可能造成程序崩溃。这也是一些C语言初学者在使用printf系列函数时最容易犯的错误，他们混淆了一般函数与带可变参数函数调用的区别，对于一般的C函数，形参的数据类型是固定的，在调用时，如果实参与形参数据类型不匹配，编译器视情况会作出错误、警告或者转换等处理，而对于不同精度的相同数据类型，编译器大都会自动进行扩展或截断；而调用带可变参数函数时，由于函数原型的形参说明部分为“...”，编译器就没法将int扩展为_int64了。

另外，还有有关浮点数部分的数据定义在《自己动手写C语言浮点数转换字符串函数》。

二、函数主体。

// 获取字符串中的数字。参数：字符串，数字指针。返回字符串中最后一个数字位置
static LPSTR GetControlNum(LPCSTR s, INT *value)
{
	register LPCSTR p = s;
	register INT v;
	for (v = 0; *p >= '0' && *p <= '9'; p ++)
		v = v * 10 + (*p - '0');
	*value = v;
	return (LPSTR)(p - 1);
}

LPSTR _sprintfA(LPSTR buffer, LPCSTR format, ...)
{
	FormatRec rec;
	BOOL flag;
	CHAR c;
	LPCSTR psave;			// ?
	register LPCSTR pf = format;
	register LPSTR pb = buffer;
	va_list paramList;

	va_start(paramList, format);
	rec.param = (LPSTR)paramList;
	while (TRUE)
	{
		while (*pf && *pf != '%')
			*pb ++ = *pf ++;
		if (*pf == 0) break;
		if (*(pf + 1) == '%')	// 处理%%
		{
			*pb ++ = '%';
			pf += 2;
			continue;
		}
		psave = pf;			// ?
		rec.width = rec.decimals = rec.negative = 0;
		rec.left = rec.zero = FALSE;
		rec.type = TYPE_GENERAL;
		rec.precision = -1;
		// 解析前导符号
		flag = TRUE;
		while (flag)
		{
			pf ++;
			switch (*pf)
			{
				case '0':
					rec.zero = TRUE;
					flag = FALSE;
					break;
				case '-':
					rec.left = TRUE;
					break;
				case '+':
					rec.negative = 1;
					break;
				case '#':
					rec.decimals = 1;
					break;
				default:
					pf --;
					flag = FALSE;
					break;
			}
		}
		// 解析输出宽度和精度
		flag = TRUE;
		while (flag)
		{
			pf ++;
			switch (*pf)
			{
				case '.':		// 如小数点后为'*','0' - '9'继续处理精度和宽度
					rec.precision = 0;
					c = *(pf + 1);
					flag = (c == '*' || (c >= '0' && c <= '9'));
					break;
				case '*':		// 处理'*'表示的宽度参数和精度参数
					if (*(pf - 1) == '.')
					{
						rec.precision = *(PINT)rec.param;
						flag = FALSE;
					}
					else
					{
						rec.width = *(PINT)rec.param;
						flag = *(pf + 1) == '.';
					}
					rec.param += TS_PTR;
					break;
				default:		// 处理格式串中数字表示的宽度和精度
					if (*(pf - 1) == '.')
					{
						pf = GetControlNum(pf, &rec.precision);
						flag = FALSE;
					}
					else
					{
						pf = GetControlNum(pf, &rec.width);
						flag = *(pf + 1) == '.';
					}
			}
		}
		// 解析数据类型精度
		flag = TRUE;
		while (flag)
		{
			pf ++;
			switch(*pf)
			{
				case 'L':
					rec.type = TYPE_LLONG;
					break;
				case 'l':
					if (rec.type < TYPE_LLONG)
						rec.type ++;
					break;
				case 'H':
					rec.type = TYPE_CHAR;
					break;
				case 'h':
					if (rec.type > TYPE_CHAR)
						rec.type --;
					break;
				default:
					flag = FALSE;
			}
		}
		// 解析数据类型，并格式化
		c = *pf ++;
		switch (c)
		{
			case 's':
				pb = FormatStrA(pb, &rec);
				break;
			case 'c':
				pb = FormatCharA(pb, &rec);
				break;
			case 'd':
			case 'i':
			case 'u':
				pb = FormatIntA(pb, &rec, c == 'u');
				break;
			case 'f':
				pb = FormatFloatFA(pb, &rec);
				break;
			case 'e':
			case 'E':
				pb = FormatFloatEA(pb, &rec, c);
				break;
			case 'g':
			case 'G':
				pb = FormatFloatGA(pb, &rec, c);
				break;
			case 'x':
				if (rec.decimals)
					rec.decimals = -1;
			case 'X':
				pb = FormatHexA(pb, &rec, c);
				break;
			case 'o':
				pb = FormatOctalA(pb, &rec);
				break;
			case 'p':
				pb = FormatPointerA(pb, &rec);
				break;
			case 'n':
				GetPosSizeA(pb, buffer, &rec);
				break;
			default:			// 错误：拷贝format剩余字符，返回
//				pf = psave + 1;	// ? 也可处理为忽略后继续
//				break;			// ?
				lstrcpyA(pb, psave);
				return buffer;
		}
	}
	va_end(paramList);
	*pb = 0;
	return buffer;
}

sprintfA函数的主体部分就是一个简单的解释器，通过一个主循环，对字符串参数format逐字符的作如下解析：

1）如果不是数据格式前缀字符'%'，直接拷贝到输出缓冲区buffer；

2）如果'%'后接着一个'%'字符，则表示要输出后面这个'%'；

3）紧接着'%'后面的，应该是数据格式前导字符。共有4个前导字符：

1、'0'：前导零标志。如果数据被格式化后的长度小于规定的格式化宽度，则在被格式化后的数据前补0；

2、'-'：左对齐标记。

3、'+'：正数符号输出标记。正数在正常格式输出时，其符号是省略了的，'+'则表示要输出这个符号；

4、'#'：对浮点数，这是强制小数点（'.'）输出标记。无论这个数有没有小数部分，都必须输出这个小数位符号；对整数的十六进制输出，则是十六进制前缀（0x或者0X）输出标记。

前导字符不是必须的，也可有多个前导符同时出现在'%'后面，但'0'必须排在最后一个，其余顺序可任意。

4）解析数据输出宽度和精度。宽度是指数据输出时必须达到的字节数，如果格式化后的数据长度小于宽度，应用空格或者零补齐；精度则是数据要求格式化的长度，视数据类型不同而有所区别，如浮点数是指小数部分的长度，而其它数据则是指全部数据格式化长度，大于精度的数据是保留还是截断，小于精度是忽略还是补齐（零或空格），后面涉及具体数据类型时再说明。

宽度和精度一般以'.'为分隔符，左边是宽度，右边是精度，如果只有宽度则'.'可忽略。宽度和精度可用固定数字表示，如“10.6”，也可用可变形式“*.*”表示。可变形式的宽度和精度必须在sprintf的可变参数部分有其对应的整数实参。

宽度和精度部分也不是必须的。

5）分析数据类型精度字符。在C语言中，相同类型的基本数据可能有不同的精度，如整数有长短之分，浮点数有精度之分，而字符有ANSI和UNICODE之分等等。在sprintfA中，是靠分析类型精度字符来取得的。字符'l'和'h'分别表示长数据和短数据，在16位编译器环境下，一个'l'或'h'就够了，而32位及以上编译器中，随着数据精度的提高，必须靠多个类型精度字符才能表示完整，为此，也可用字符'L'和'H'分别表示数据类型的最大精度和最小精度。sprintfA的数据类型精度分析有较高的容错处理，你可以输入任意多个类型精度字符。

类型精度字符也不是必须的，缺省情况下，按一般类型精度处理。

6）解析数据类型字符。数据类型字符的作用有2个，一是确定将要输出的数据类型，如x是整型数，e是浮点数等；二是确定要输出的形式，x是以小写十六进制输出整型数，e则是以指数形式输出浮点数。

数据类型字符是必须的。数据类型字符解析完毕，各种信息写入FormatRec结构，接着就是具体的各种数据的格式化过程了，其代码将在后面给出。

7）错误处理。如果在'%'字符后，出现上述各种字符以外的字符，或者上述各种字符排列顺序错误，就需要进行错误处理。printf系列函数的错误处理在不同的编译器中的处理方式是不一样的，主要有2种处理方式：一是忽略本次数据分析，format指针退回到'%'之后，继续循环（'%'后的字符作一般字符处理）；二是不再作分析，直接将'%'后的所有字符输出到buffer后退出函数。本文sprintfA函数采用了后一种处理方式，前一种处理方式在函数主体中也能找到，就是被注释了的语句。

如果没有错误，则回到1），继续下一数据分析。

未完待续......

声明：本文代码主要供学习使用，如作其它用途，出问题慨不负责。

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