【C#学习笔记04】C语言格式化输出

引言

​​printf()​​函数不仅可以将数据输出到控制台，还可以通过格式化字符串灵活地控制输出的格式。​​printf()​​​函数的使用规则，包括标志说明、字段宽度、转换精度、长度修饰、转换说明、转义字符。

1. ​​printf()​​函数概述

​​printf()​​函数是C语言标准库中的一个格式化输出函数，定义在​​<stdio.h>​​头文件中。

int printf(const char *format, ...);

• ​​format​​：格式化字符串，用于指定输出的格式。
• ​​...​​：可变参数列表，用于提供要输出的数据。
• 返回值：成功时返回输出的字符数，失败时返回负值。

#include <stdio.h>

int main() {
    int num = 42;
    printf("The answer is %d\n", num);
    return 0;
}

输出：

The answer is 42

2. 格式化字符串详解

格式化字符串是​​printf()​​函数的核心，它由普通字符和格式说明符组成。格式说明符以​​%​​​开头，用于指定输出的格式。

​

2.1 标志说明

标志用于控制输出的对齐方式、符号显示等。常见的标志包括：

• ​​-​​：左对齐（默认右对齐）。
• ​​+​​：显示正数的符号。
• ​​​​​（空格）：正数前显示空格，负数前显示负号。
• ​​#​​：对八进制和十六进制数添加前缀（​​0​​或​​0x​​）。
• ​​0​​​：用前导零填充字段宽度。

#include <stdio.h>

int main() {
    int num = 42;
    printf("|%10d|\n", num);   // 右对齐，宽度10
    printf("|%-10d|\n", num);  // 左对齐，宽度10
    printf("|%+d|\n", num);    // 显示符号
    printf("|% d|\n", num);    // 正数前显示空格
    printf("|%#x|\n", num);    // 十六进制带前缀
    printf("|%010d|\n", num);  // 前导零填充
    return 0;
}

输出：

|        42|
|42        |
|+42|
| 42|
|0x2a|
|0000000042|

2.2 字段宽度

字段宽度是指在格式化输出时，为某个数据项预留的最小字符数。它通过格式说明符中的数字来指定，例如%5d表示输出一个整数，并且至少占用5个字符的宽度。如果实际数据的字符数少于指定的字段宽度，系统会自动用填充字符来补足空缺部分。默认情况下，填充字符是空格，但可以通过在格式说明符中添加前导零（如%05d）来指定用零填充。

字段宽度的主要作用是控制输出的对齐和格式化，使数据在显示时更加整齐和易读。在输出表格或报表时，字段宽度可以确保各列数据对齐，避免因数据长度不一致而导致格式混乱。此外，字段宽度还可以用于处理数字的前导零填充，比如在显示日期或时间时，可以用%02d来确保月份或小时数始终显示为两位数。

实际编程中字段宽度的使用非常灵活。printf("%10s", "Hello")会输出字符串“Hello”，并在其左侧填充5个空格，使总宽度达到10个字符。而printf("%05d", 42)则会输出“00042”，用前导零将整数42填充到5位。通过合理设置字段宽度，可以轻松实现数据的对齐和格式化，提升程序输出的可读性和美观性。

#include <stdio.h>

int main() {
    int num = 42;
    printf("|%5d|\n", num);   // 宽度5
    printf("|%2d|\n", num);   // 宽度2（实际宽度大于指定宽度）
    return 0;
}

输出：

|   42|
|42|

2.3 转换精度

​转换精度是格式化输出中的一个重要概念，主要用于控制浮点数的小数位数或字符串的最大字符数。精度的设置通过在格式说明符中添加一个点号（.）和一个整数来实现。例如，%.2f表示输出浮点数时保留两位小数，而%.5s表示输出字符串时最多只显示前5个字符。

对于浮点数，转换精度的作用是限制小数部分的位数，从而使输出结果更加简洁和规范。使用printf("%.3f", 3.14159)会输出“3.142”，将浮点数四舍五入到小数点后三位。这在需要高精度计算或显示时非常有用，比如在科学计算、金融领域或图形绘制中。

对于字符串，转换精度的作用是限制输出的字符数量。printf("%.4s", "Hello World")会输出“Hell”，只显示字符串的前4个字符。这在处理长字符串或需要截断输出的场景中非常实用，比如在显示文件名或日志信息时。

需要注意的是，如果未指定精度，系统会使用默认值。浮点数默认输出6位小数，而字符串则会输出整个内容。通过灵活使用转换精度，开发者可以更精确地控制输出格式，满足不同的需求。例如，在输出表格数据时，可以使用%.2f来统一浮点数的显示格式，或者使用%.10s来限制字符串的长度，确保表格整齐美观。

#include <stdio.h>

int main() {
    double pi = 3.1415926535;
    printf("|%.2f|\n", pi);   // 保留2位小数
    printf("|%.5s|\n", "Hello, World!");  // 输出前5个字符
    return 0;
}

输出：

|3.14|
|Hello|

2.4 长度修饰

长度修饰符是格式化输入输出函数（如​​printf​​​和​​​scanf​​​）中的一个重要组成部分，用于指定参数的类型大小。长度修饰符通常与格式说明符结合使用，以确保数据能够以正确的类型和大小进行读取或输出。常见的长度修饰符包括以下几种：

​​h​​：表示短整型（​​short int​​）。例如，​​%hd​​用于格式化输出或读取一个​​short int​​类型的整数。这在处理较小范围的整数时非常有用，可以节省内存空间。

​​l​​：表示长整型（​​long int​​）。例如，​​%ld​​用于处理​​long int​​类型的整数，适用于需要更大范围的整数运算。此外，​​%lu​​用于无符号长整型（​​unsigned long int​​）。

​​ll​​：表示长长整型（​​long long int​​）。例如，​​%lld​​用于处理​​long long int​​类型的整数，适用于需要非常大范围的整数运算。​​%llu​​则用于无符号长长整型（​​unsigned long long int​​）。

​​L​​：表示长双精度浮点型（​​long double​​）。例如，​​%Lf​​用于处理​​long double​​类型的浮点数，适用于需要更高精度的浮点运算。

长度修饰符的作用是确保数据类型的正确性，避免因类型不匹配而导致的数据截断或错误。在输出一个​​long long int​​类型的变量时，如果不使用​​%lld​​而错误地使用​​%d​​，可能会导致输出结果不正确。同样，在读取数据时，使用正确的长度修饰符可以确保数据被正确解析和存储。

长度修饰符的使用非常广泛。在处理时间戳、大整数计算或高精度科学计算时，​​%lld​​和​​%Lf​​等修饰符能够确保数据的完整性和准确性。通过合理使用长度修饰符，开发者可以更好地控制数据的类型和范围，提升程序的健壮性和可靠性。

#include <stdio.h>

int main() {
    short num1 = 42;
    long num2 = 1234567890;
    long double pi = 3.1415926535;
    printf("|%hd|\n", num1);   // 短整型
    printf("|%ld|\n", num2);   // 长整型
    printf("|%.10Lf|\n", pi);  // 长双精度浮点型
    return 0;
}

输出：

|42|
|1234567890|
|3.1415926535|

2.5 转换说明

转换说明符用于指定输出的数据类型。常见的转换说明符包括：

• ​​d​​、​​i​​：有符号十进制整数。
• ​​u​​：无符号十进制整数。
• ​​o​​：无符号八进制整数。
• ​​x​​、​​X​​：无符号十六进制整数（​​x​​表示小写，​​X​​表示大写）。
• ​​f​​、​​F​​：浮点数。
• ​​e​​、​​E​​：科学计数法表示的浮点数。
• ​​g​​、​​G​​：根据值的不同自动选择​​f​​或​​e​​格式。
• ​​c​​：字符。
• ​​s​​：字符串。
• ​​p​​：指针地址。

#include <stdio.h>

int main() {
    int num = 42;
    double pi = 3.1415926535;
    char ch = 'A';
    char str[] = "Hello, World!";
    printf("|%d|\n", num);     // 十进制整数
    printf("|%x|\n", num);     // 十六进制整数（小写）
    printf("|%f|\n", pi);      // 浮点数
    printf("|%e|\n", pi);      // 科学计数法
    printf("|%c|\n", ch);      // 字符
    printf("|%s|\n", str);     // 字符串
    printf("|%p|\n", &num);    // 指针地址
    return 0;
}

输出：

|42|
|2a|
|3.141593|
|3.141593e+00|
|A|
|Hello, World!|
|0x7ffee4b5c8fc|

2.6 转义字符

转义字符是一种特殊的字符序列，用于表示无法直接输入或显示的特殊字符，或者用于控制输出的格式。转义字符以反斜杠（​​\​​）开头，后跟一个或多个字符，用于表示特定的含义。常见的转义字符包括以下几种：

​​\n​​：换行符。用于在输出中插入一个新行，使后续内容从下一行开始显示。例如：

printf("Hello,\nWorld!");

输出结果为：

Hello,
World!

​​\t​​：制表符。用于在输出中插入一个水平制表符，通常相当于多个空格，用于对齐文本。例如：

printf("Name:\tJohn\nAge:\t25");

输出结果为：

Name:   John
Age:    25

​​\\​​：反斜杠。用于表示一个实际的反斜杠字符，因为单独的反斜杠会被解释为转义字符的开始。例如：

printf("Path: C:\\Program Files\\MyApp");

输出结果为：

Path: C:\Program Files\MyApp

​​\"​​：双引号。用于在字符串中插入一个双引号字符，因为双引号在C语言中用于表示字符串的开始和结束。例如：

printf("He said, \"Hello!\"");

输出结果为：

He said, "Hello!"

​​\'​​：单引号。用于在字符常量中插入一个单引号字符，因为单引号在C语言中用于表示字符常量的开始和结束。例如：

printf("It\'s a nice day.");

输出结果为：

It's a beautiful day.

除了上述常见的转义字符外，C语言还支持其他一些转义字符：

• ​​\b​​：退格符，将光标向左移动一个位置。
• ​​\r​​：回车符，将光标移动到当前行的开头。
• ​​\f​​：换页符，用于控制打印机的换页操作。
• ​​\a​​：响铃符，用于发出蜂鸣声（在某些终端中有效）。
• ​​\0​​：空字符，用于表示字符串的结束。

转义字符能够灵活地处理特殊字符和控制输出格式。在生成表格、格式化文本或处理文件路径时，转义字符可以帮助实现精确的输出效果。理解转义字符的含义也有助于避免常见的编程错误，比如字符串或字符常量中的引号未正确转义导致的语法错误。

部分内容参考：

c语言的基本类型及输入输出占位符 - dzy2831 - 博客园

一篇文章带你看清C语言中的类型转换规则-阿里云开发者社区