字符串函数 sprintf() 详解

在 C 语言中，有许多用于处理字符串的函数，其中一个非常强大和灵活的函数就是 sprintf()。它的功能是将各种类型的数据格式化为字符串，并存储到一个字符数组中。它的原型如下：

int sprintf(char *str, const char *format, ...);

其中，str 是指向一个字符数组的指针，用于存储生成的字符串；format 是一个格式化字符串，用于指定要输出的内容和格式；后面的省略号表示可变参数列表，用于提供与格式化字符串中的占位符相对应的值。

格式化字符串

格式化字符串是 sprintf() 函数的核心，它决定了输出字符串的内容和格式。格式化字符串中可以包含普通的字符，也可以包含以 % 开头的格式说明符（format specifier），用于占据一个位置，并在运行时用相应的参数值替换。格式说明符的一般形式是：

%[flags][width][.precision][length]specifier

其中，各个部分的含义如下：

specifier（说明符）：表示要输出的数据类型，如 c 表示字符，d 表示十进制整数，f 表示浮点数，s 表示字符串等。
flags（标志）：表示输出的格式修饰，如 - 表示左对齐，+ 表示显示正负号，0 表示用 0 填充空位等。
width（宽度）：表示输出的最小字符数，如果实际输出的字符数小于宽度，则会用空格或 0 填充；如果大于宽度，则不会截断。
.precision（精度）：表示输出的精确度，对于整数类型，表示输出的最小位数，不足则用 0 填充；对于浮点类型，表示输出的小数位数；对于字符串类型，表示输出的最大字符数。
length（长度）：表示输出的数据长度，如 h 表示短整型，l 表示长整型，L 表示长双精度型等。

下面举一些例子说明格式说明符的用法：

char str[80];
sprintf(str, "%c", 'A'); // 输出字符 A
sprintf(str, "%d", 123); // 输出十进制整数 123
sprintf(str, "%x", 255); // 输出十六进制整数 ff
sprintf(str, "%f", 3.14); // 输出浮点数 3.140000
sprintf(str, "%s", "Hello"); // 输出字符串 Hello
sprintf(str, "%10d", 123); // 输出宽度为 10 的十进制整数，右对齐，空位用空格填充：       123
sprintf(str, "%-10d", 123); // 输出宽度为 10 的十进制整数，左对齐，空位用空格填充：123       
sprintf(str, "%010d", 123); // 输出宽度为 10 的十进制整数，右对齐，空位用 0 填充：0000000123
sprintf(str, "%+d", 123); // 输出带正负号的十进制整数：+123
sprintf(str, "%.3d", 123); // 输出至少 3 位的十进制整数，不足则用 0 填充：123
sprintf(str, "%.3d", 12); // 输出至少 3 位的十进制整数，不足则用 0 填充：012
sprintf(str, "%.3f", 3.14); // 输出保留 3 位小数的浮点数：3.140
sprintf(str, "%.3s", "Hello"); // 输出最多 3 个字符的字符串：Hel
sprintf(str, "%ld", 123456789L); // 输出长整型数：123456789
sprintf(str, "%Lf", 3.1415926535897932384626433832795L); // 输出长双精度型数：3.141593

可变参数列表

可变参数列表是 sprintf() 函数的另一个重要特点，它使得函数可以接受任意个数和类型的参数，只要与格式化字符串中的格式说明符相匹配。可变参数列表的使用需要引入头文件 stdarg.h，并使用一系列的宏来操作。具体步骤如下：

定义一个类型为 va_list 的变量，用于存储可变参数列表的信息。
使用宏 va_start() 初始化可变参数列表，第一个参数是 va_list 变量，第二个参数是固定参数的最后一个参数（如果没有固定参数，则可以任意指定一个）。
使用宏 va_arg() 依次获取可变参数列表中的每个参数，第一个参数是 va_list 变量，第二个参数是要获取的参数的类型。
使用宏 va_end() 结束可变参数列表的获取，参数是 va_list 变量。

下面举一个例子说明可变参数列表的用法，实现一个自定义的 printf() 函数，将输出结果保存到一个字符串中，并返回字符串的长度：

#include <stdio.h>
#include <stdarg.h>

int my_printf(char *str, const char *format, ...)
{
    va_list ap; // 定义一个 va_list 变量
    va_start(ap, format); // 初始化可变参数列表，format 是固定参数的最后一个参数
    int len = vsprintf(str, format, ap); // 使用 vsprintf() 函数将可变参数列表格式化为字符串，保存到 str 中，并返回字符串的长度
    va_end(ap); // 结束可变参数列表的获取
    return len; // 返回字符串的长度
}

int main()
{
    char str[80];
    int len = my_printf(str, "The answer is %d", 42); // 调用自定义的 printf() 函数
    printf("%s\n", str); // 输出字符串
    printf("The length is %d\n", len); // 输出字符串的长度
    return 0;
}

输出结果为：

The answer is 42
The length is 15

sprintf() 的优点和缺点

sprintf() 函数的优点是可以灵活地将各种类型的数据格式化为字符串，并进行复杂的字符串操作，如连接、插入、替换等。它的缺点是容易造成缓冲区溢出的安全问题，因为它不会检查输出字符串的长度是否超过了目标字符数组的大小，如果超过了，就会覆盖数组后面的内存，导致程序崩溃或被攻击。为了避免这种问题，可以使用 snprintf() 函数，它的原型如下：

int snprintf(char *str, size_t size, const char *format, ...);

其中，size 参数表示目标字符数组的大小，函数会根据这个大小来限制输出字符串的长度，如果超过了，就会截断，并返回实际输出的字符数（不包括结尾的空字符）。这样就可以防止缓冲区溢出的风险，提高程序的安全性。下面举一个例子说明 snprintf() 函数的用法：

#include <stdio.h>

int main()
{
    char str[10];
    int len = snprintf(str, 10, "Hello, world!"); // 尝试输出一个超过数组大小的字符串
    printf("%s\n", str); // 输出字符串
    printf("The length is %d\n", len); // 输出字符串的长度
    return 0;
}

输出结果为：

Hello, wor
The length is 13

可以看到，输出的字符串被截断为 9 个字符（不包括结尾的空字符），并且返回的长度是 13，表示实际输出的字符数。这样就可以避免缓冲区溢出的问题，提高程序的安全性。

sprintf() 的应用场景

sprintf() 函数的应用场景非常广泛，可以用于各种字符串的处理和生成。例如，可以用它来：

拼接字符串：可以用 sprintf() 函数将多个字符串连接起来，形成一个新的字符串，如：

char str[80];
sprintf(str, "%s %s %s", "Hello", "world", "!"); // 输出字符串 Hello world !

插入字符串：可以用 sprintf() 函数将一个字符串插入到另一个字符串的指定位置，如：

char str[80] = "Hello, !";
sprintf(str + 7, "%s", "world"); // 在第 7 个字符后面插入字符串 world，输出字符串 Hello, world!

替换字符串：可以用 sprintf() 函数将一个字符串中的某些字符替换为另一些字符，如：

char str[80] = "Hello, world!";
sprintf(str + 7, "%s", "Copilot"); // 将第 7 个字符后面的字符串替换为 Copilot，输出字符串 Hello, Copilot!

生成文件名：可以用 sprintf() 函数根据一定的规则生成文件名，如：

char str[80];
int i = 1;
sprintf(str, "file%d.txt", i); // 根据序号生成文件名，输出字符串 file1.txt

格式化输出：可以用 sprintf() 函数将各种类型的数据按照一定的格式输出，如：

char str[80];
double x = 3.1415926;
sprintf(str, "The value of pi is %.2f", x); // 输出保留两位小数的浮点数，输出字符串 The value of pi is 3.14

总结

sprintf() 函数是 C 语言中一个非常强大和灵活的字符串函数，它可以将各种类型的数据格式化为字符串，并存储到一个字符数组中。它的优点是可以进行复杂的字符串操作，如连接、插入、替换等；它的缺点是容易造成缓冲区溢出的安全问题，因此建议使用 snprintf() 函数来避免这种风险。sprintf() 函数的应用场景非常广泛，可以用于各种字符串的处理和生成。