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04.PRINTF , VARARGS与 STDARG、Koenig和 Moo夫妇访谈
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C个人随笔记录
2022-06-08
附录A：PRINTF , VARARGS与 STDARG
A.1 printf 函数族
简单格式类型
因为格式字符串决定了其余参数的类型，而且可以到运行时才建立格式字符串，所以C语言实现要检查printf 函数的参数类型是否正确是异常困难的。
其中的%d格式项将被对应的待输出整数的10进制值替换，替换时不会在整数值的前后添加空格字符。
%u格式项与%d格式项类似，只不过要求打印无符号10进制整数。
%o、%x和%X格式项用于打印8进制或16进制的整数。
%s格式项所对应输出的字符串必须以一个空字符（'\0'）作为结束标志
%og、%f 和%e这3个格式项用于打印浮点值。
%g格式项用于打印那些不需要按列对齐的浮点数特别有用。它在打印出对应的数值（必须为浮点型或双精度类型）时，会去掉该数值尾缀的零，保留六位有效数字。
占用的空间大小相同。对于比较小的数值，除非该数的指数小于或等于-5，%g格式项才会采用科学计数法来表示。
%e格式项用于打印浮点数时，要求一律显式地使用指数形式：π在使用%e格式项时将被写成3.141593e+00。%e格式项将打印出小数点后6位有效数字，而并非如%g 格式项打印出的数是总共6位有效数字
%f格式项则恰好相反，强制禁止使用指数形式来表示浮点数，因此π就被写成3.141593。在数值精度方面，%f格式项的要求与%e格式项相同，即小数点后6位有效数字。
%E和%G格式项与它们对应的%e和%g格式项在行为方式上基本相同，除了用大写的E代替了小写的e来表示指数形式。
%%格式项用于打印出一个%字符。
修饰符
整数有3种不同类型，对应3种不同长度：short，long和正常长度。如果一个short整数作为任何一个函数（也包括printf函数）的参数出现，它会被自动地扩展为一个正常长度的整数。但是，我们仍然需要一种方式，来通知printf 函数某个参数是long型整数。我们可以在格式码之前紧挨着插入一个长度修饰符l，创造出%ld、% lo、%lx和%lu作为新的格式码。
利用宽度修饰符，我们可以轻松做到在固定长度的域内打印数值。宽度修饰符出现在%符号和格式码的中间，其作用是指定它所修饰的格式项所应打印的字符数。如果待打印的数值不能填满位置，它的左侧就会被补上空格字符以使这个数值的宽度满足要求。
精度修饰符的确切含义与格式码有关：
对于整数格式项%d、%o、%x和%u，精度修饰符指定了打印数字的最少位数。如果待打印的数值并不需要这么多位数的数字来表示，就会在它的前面补上0。因此，
对于%e、%E和%f 格式项，精度修饰符指定了小数点后应该出现的数字位数。除非标志另有说明，仅当精度大于0时打印的数值中才会实际出现小数点。
对于%g 和%G格式项，精度修饰符指定了打印数值中的有效数字位数。除非标志另有说明，非有效数字的0将被去掉，如果小数点后不跟数字则小数点也将被删除。
对于%s格式项，精度修饰符指定了将要从相应的字符串中打印的字符数。如果该字符串中包含的字符数少于精度修饰符所指定的字符数，输出的字符数就会少于精度修饰符指定的数目。如果需要，我们可以通过域宽修饰符来加长输出。
对于%c和%%格式项，精度修饰符将被忽略。
标志
在显示宽度大于被显示位数时，数据尾部都以显示区的右端对齐，左端被填充空白字符。标志字符-的作用是，要求显示方式改为左端对齐，在右端填乞空白字符。因此，仅当域宽修饰符存在时，标志字符 --- 才有意义。(否则，填充己白字符就无从说起。)
标志字符+的作用是，规定每个待打印的数值在输出时都应该以它的符号(正号或负号）作为第一个字符。
空白字符作为标志字符时，它的含义是：如果某数是一个非负数，就在它的前面插入一个空白字符。
如果我们希望在固定栏内按科学计数法打印数值，格式项% e和%+e要比正常的格式项%e 有用得多。因为，这时出现在非负数前面的正号（或者空白）保证了所有输出数值的小数点都会对齐。
标志字符#的作用是对数值输出的格式进行微调，具体的方式与特定格式项有关。给%o格式项加上标志字符#的效果是:当有必要时增加数值输出的精度(这只需让输出的第1个数字为0就已经做到了)。这么规定的意义在于，让八进制数值输出的格式与大多数C程序员惯用的形式一致。#o与0%o并不相同，因为0%o把数值0打印成00，而%#o 的打印结果是0。同理，格式项t#x与%#x要求打印出来的16进制数值前面分别加上0x或0X。
标志字符#对浮点数格式的影响有两方面：其一，它要求小数点必须被打印出来，即使小数点后没有数字也是如此；其二，如果用于%g 或%G格式项，打印出的数值尾缀的0将不会被去掉。
可变域宽与精度
考虑到这些，printf 函数因此允许间接指定域宽和精度。要做到这一点，我们只需用*替换域宽修饰符或精度修饰符其中之一，或者两者都替换。在这种情况下，printf函数首先从参数列表中取得将要使用的域宽或精度的实际数值，然后使用该数值来完成打印任务。因此，上面的例子可以写成这样：
printf ( " ... %.*s ...", ... , NAMES1ZE,name,... );
如果我们使用*同时替换域宽修饰符与精度修饰符，那么后面的参数列表中将依次出现代表域宽的参数、代表精度的参数以及代表要打印的值的参数。因此，
printf ("%*.*s\n" , 12, 5, str) ;
与下式完全等效
printf ("%12.5s\n", str) ;
新增的格式码
ANSIC标准的定义中新增了两个格式码：%p和%n。%p用于以某种形式打印一个指针，具体的形式与特定的C语言实现有关（译注：一般是打印出该指针所指向的地址)。%n用于指出已经打印的字符数，这个数被存储在对应参数（一个整型指针）所指向的整数中。执行完以下代码之后，
int n;
printf ( "hello\n%n" , &n);
n的值就是6。
废止的格式码
%D和%O格式项曾经与%1d和%1o的含义相同。
A.2使用varargs.h来实现可变参数列表
大多数C语言实现都是通过一组总称为 varargs 的宏定义来达到上述目的。这些宏的确切性质虽然与特定的C语言实现有关，但是只要我们在程序中运用得当，还是能够在相当多的机型上使用可变参数列表。
#include <varargs.h>
在程序中把相关的宏定义包括进来。varargs.h头文件中定义了宏名va_list,va_dcl，va_start，va_end 以及va_arg。va_alist一般由编程者来定义，我们马上将讨论如何来做。需要强调，应该避免混淆va_list 与 va_alist。
这些信息存储在一个类型为va_list 的对象中。因此，当我们声明了一个名称为ap的类型为va_list的对象后，只需要给定ap与第1个参数的类型就可以确定第1个参数的值。
因为一个va_list 中包括了存取全部参数的所有必要信息，函数f可以为它的参数创建一个va_list，然后把它传递给另一个函数g。这样，函数g就能够访问到函数f的参数。
被调用时带有可变参数列表的函数，必须在函数定义的首部使用va_alist 和va_dcl宏。如下所示：
#include <varargs.h>
void error (va_alist ) va_dcl
现所要求的参数列表，这样函数就能够处理变长参数。而宏va_dcl将扩展为与参数列表对应的声明，必要时还包括一个作为语句结束标志的分号。
#include <varargs.h>
void error (va_alist) va_dcl
{
va_list ap;
va_start (ap) ;
//这里是使用ap 的程序部分
va_end (ap) ;
//这里是不使用ap的其他程序部分
}宏va_arg用于对一个参数进行存取。它的两个参数分别为va_list变量名和希望存取的参数的数据类型。va_list宏将取得这个参数，并更新va_list变量，使其指向下一个参数。
#include <varargs.h>
void error (va_alist) va_dcl
{
va_list ap;
char *format ;
va_start (ap) ;
format = va_arg (ap, char * ) ;
fprintf (stderr, "error : " );
// (do something magic) //某些实现方式暂时未知的工作
va_end (ap) ;
fprintf (stderr, " \n" ) ;
exit (1) ;
}幸运的是，ANSI C标准要求，而且很多C语言实现也提供了，分别称为vprintf、vfprintf和 vsprintf 的函数。这些函数与对应的printf函数族中的函数在行为方式上完全相同，只不过用va_list替换了格式字符串后的参数序列。这些函数之所以能够存在，理由有两个：其一，va_list变量可以作为参数传递；其二，va_arg宏可以独立出现在一个函数中，并不强制要求与 va_start宏（该宏的作用是初始化va_list变量）成对使用。
#include <stdio.h>
#include <varargs.h>
void error (va_alist) va_dcl
{
va_list ap;
char * format ;
va_start (ap) ;
format = va_arg (ap, char * );
fprintf (stderr, "error: " ) ;
vfprintf (stderr, format, ap);
va_end (ap) ;
fprintf (stderr, "\n" ) ;
exit (1) ;
}下面还有一个例子，我们将演示利用vprintf 来实现 printf 函数的一种可行方式。注意，不要忘记保存vprintf 函数的结果，我们需要把这个结果返回给printf函数的调用者。
#include <varargs.h>
int printf (va_alist ) va_dcl
{
va_list ap;
char *format ;
int n;
va_start (ap) ;
format = va_arg (ap, char * );
n = vprintf (format, ap) ;
va_end (ap) ;
return n;
}实现varargs.h
varargs.h 的一个典型实现包括一组宏，以及一个va_list 的typedef声明：
typedef char *va_list ;
#define va_dcl int va_alist;
#define va_start (list) list = (char * ) &va_alist
#define va_end (list)
#define va_arg (list , mode) \
( (mode *)( list += sizeof (mode) ) ) [-1]
我们首先注意到，在这个版本的 varargs.h中，va_alist甚至不是一个宏：
#include <varargs.h>
void error (va_alist) va_dcl
将扩展为：
typedef char *va_list ;
void error (va_alist) int va_alist;
因此，一个接受可变参数列表的函数表面上看来只有一个名称为va_alist 的 int型参数。
这个例子实际上隐含了如下假定：底层的C语言实现要求函数参数在内存中连续存储，这样我们只需知道当前参数的地址，就能依次访问参数列表中的其他参数。因此, varargs.h的这个实现中，va_list就只是一个简单的字符指针。宏va_start把它的参数设置为va_alist 的地址(为避免 lint程序的警告，这里做了类型转换)。而宏va_end则什么也不做。
最复杂的宏是va_arg。它必须返回一个由 va_list所指向的恰当类型的数值，同时递增va_list,使它指向参数列表中的下一个参数(即递增的大小等于与va_arg宏所返回的数值具有相同类型的对象的长度)。因为类型转换的结果不能作为赋值运算的目标（译注:即只能先赋值再作类型转换，而不能先类型转换再赋值)，所以va_arg宏首先使用sizeof 来确定需要递增的大小,然后直接把它加到va_list 上，这样得到的指针再被转换为要求的类型。因为该指针现在指向的位置“过”了一个类型单位的大小，所以我们使用了下标-1来存取正确的返回参数。
这里有一个“陷阱”需要避免：va_arg宏的第二个参数不能被指定为char、short或float类型。因为char和 short类型的参数会被转换为int类型，而float类型的参数会被转换为double类型。如果错误地指定了，将会在程序中引起麻烦。
例如，这样写肯定是不对的：
c = va_arg(ap , char ) ;
因为我们无法传递一个char类型参数，如果传递了，它将会被自动转换为int类型。上面的式子应该写成:
c = va_arg ( ap,int *) ;
另一方面,如果cp是一个字符指针,而我们又需要一个字符指针类型的参数，下面这样写就完全正确:
cp = va_arg(ap,char * ) ;
当作为参数时，指针并不会被转换，只有char、short和float类型的数值才会被转换。
我们还应该注意到，不存在任何内建的方式来得知给定的参数数目。使用varargs系列宏的每个程序，都有责任通过确立某种约定或惯例来标志参数列表的结束。例如，printf 函数使用格式字符串作为第一个参数，来确定其余参数的数目与类型。
A.3 stdarg.h: ANSI版的varargs.h
头文件 varargs.h中系列宏的历史最早可追溯到1981年，因此许多C语言实现都对其提供支持。然而，ANSI C标准却包括了另-种不同的机制（称为stdarg.h)，来处理可变参数列表。
在符合ANSI C标准的编译器中包括varargs.h作为功能上的一种扩展，这是个不错的主意，可以让早期的程序继续运行。因此，在编程实践中，使用varargs.h的程序比使用stdarg.h 的程序可移植性要强，能够运行其上的系统平台也要多些。但如果你要编写一个遵循ANSI C标准的程序，就必须使用stdarg.h，而且别无他选!这是一个让人左右为难的情形，不管作出何种选择，都必须付出相应代价。
具有可变参数列表的函数，它们的第1个参数的类型在每次调用时实际上都是不变的。varargs.h和 stdarg.h的主要区别就来自于这一事实。类似printf 这样的函数，可以通过检查它的第1个参数，来确定它的第2个参数的类型。但是，从参数列表中我们却不能找到任何信息用以确定第1个参数的类型。因此，使用stdarg.h 的函数必须至少有一个固定类型的参数，后面可以跟一组未知数目、未知类型的参数。
作为一个现成的例子，让我们再来看一下error 函数。它的第1个参数就是printf 函数中的格式字符串，为字符指针类型。因此，error函数可以如下声明：
void error (char * , ...) ;
那么error函数的定义又是怎样呢? stdarg.h 头文件中并没有 varargs.h 中的va_arg和va_dcl宏。使用stdarg.h 的函数直接声明其固定参数，把最后一个固定参数作为va_start宏的参数，即以固定参数作为可变参数的基础。因此，error函数的定义如下所示：
#include <stdio.h> #include <stdarg.h>
void error (char *format, ...)
{
va_list ap;
va_start (ap, format) ;
fprintf (stderr, "error: " );
vfprintf (stderr, format, ap) ;
va_end (ap) ;
fprintf (stderr, "\n" );
exit (1);
}本例中，我们无需使用va_arg 宏，因为此处格式字符串属于参数列表的固定部分。
作为另一个例子，下面演示了如何使用stdarg.h来编写printf（其中用到了vprintf）：
#include <stdarg.h>
int printf (char * format, ...)
{
va_list ap;int n;
va_start (ap , format) ;
n = vprintf ( format , ap) ;
va_end (ap ) ;
return n;
}附录B：Koenig和 Moo夫妇访谈
1、库优于语言细节
两个原因：
首先，学生们可以不必费力包装低层次的语言细节，从而更容易建立整体语言的全局观念，了解到其真实威力。根据我们的经验，学生们首先掌握如何使用程序库之后，就会很容易理解类的概念，学会如何构造类的技术。如果首先去学习语言细节，那么就很难理解类的概念及其功能。这种理解上的缺陷，使他们很难设计和构造自己的类。
不过，更重要的一点是，首先学习程序库，能够使学生培养起良好的习惯，就是复用库代码，而不是凡事自己动手。首先学习语言细节的学生，最后的编程风格往往是C类型的，而不是C++风格。他们不会充分地运用库，而自己的程序带有严重的C主义倾向——指针满天飞，整个程序都是低层次的。结果是，在很多情况下，你为C++的复杂性付出了高昂代价，却没有从中获得任何好处。
2、两句表达C++
- 用类来表示概念
- 避免重复。如果你发现自己在程序的两个不同部分里做了相同的事情，试着把这两个部分合并到一个子过程中。如果你发现两个类的行为相近，试着把这两个类的相似部分统一到基类或模板中。
3、最重要的建议
- 避免使用指针
- 提倡使用程序库
- 使用类来表示概念