关于printf错用格式化字符串导致double和long double输出错误的小随笔

【题外话】

以前用HUSTOJ给学校搭建Online Judge,所有的评测都是在Linux下进行的。后来为了好往学校服务器上部署,所以大家重新做了一套Online Judge,Web和Judge都是基于Windows和.NET平台的。这两天将学校Online Judge中以前在Linux下(GCC 4.6.3)评测的提交全部在Windows上(GCC 4.7.2 MinGW)重测一遍,结果莫名其妙发现很多以前通过的题目现在出现了结果错误的问题,其共同结果都是结果为0,查看源代码发现其都是使用printf("%ld")输出的double。原本以为是GCC的Bug,后来查找资料才发现实际上是对C语言了解不够充分加上MinGW的问题才共同导致的问题。

 

【文章索引】

  1. 奇怪的问题
  2. 格式化字符串的问题
  3. MinGW的问题

 

【一、奇怪的问题】

把出错的一个提交的代码精简,然后就剩下如下的代码:

#include <cstdio>
using namespace std;
int main()
{
    double n;
    scanf("%lf",&n);
    printf("%.0lf\n",n);
    return 0;
}

在Linux下结果正常:

结果在Windows下会出现如下图的结果:

 

【二、格式化字符串的问题

接下来将上述程序的printf替换为cout,发现没有任何问题,判断是printf那行出现了问题。

查找相关资料(如相关链接1)发现,不论输出float还是double都应该使用printf("%f"),因为不论float还是double都会作为double类型输出,确实以前没有注意到这个问题。所以在第一节给出的那个程序将“%lf”改为“%f”就正确了。但相关链接1中并没有说明%lf指的是什么。

不过如果尝试在GCC上编译如下的代码却会给出如下图的警告:

#include <cstdio>
using namespace std;

int main()
{
    long double n = 1.22222222;
    printf("%f", n);
    printf("%lf", n);
    return 0;
}

也就是说,对于GCC而言,在printf中使用“%f”和“%lf”实际上都表示的是double类型,而要表示long double,则应该使用“%Lf”(注意大小写),而使用MSVC编译编译时并没有发生这些问题(也可能是因为MSVC认为double = long double,所以一切都一样了吧)。

 

【三、MinGW的问题】

虽然上一节找出了第一节程序的问题,可是为什么会出现这样的问题呢。

继续查找发现了相关链接2相关链接3,发现在这两个问题的回答中都提到了MinGW在Windows上运行是需要MSVC的运行时的。以前确实也没注意到这点,于是去MinGW的官方网站,确实发现了如下两段:

MinGW provides a complete Open Source programming tool set which is suitable for the development of native MS-Windows applications, and which do not depend on any 3rd-party C-Runtime DLLs. (It does depend on a number of DLLs provided by Microsoft themselves, as components of the operating system; most notable among these is MSVCRT.DLL, the Microsoft C runtime library. Additionally, threaded applications must ship with a freely distributable thread support DLL, provided as part of MinGW itself).

MinGW compilers provide access to the functionality of the Microsoft C runtime and some language-specific runtimes. MinGW, being Minimalist, does not, and never will, attempt to provide a POSIX runtime environment for POSIX application deployment on MS-Windows. If you want POSIX application deployment on this platform, please consider Cygwin instead.

果然,MinGW虽然不需要任何第三方的运行库,但是需要微软的运行库,其中包括了MSVCRT.DLL以及其他的微软C语言运行库。所以GCC编译后的程序还是运行在MSVC运行库上的程序。同时又由于32位的MSVC并不支持更高精度的double类型(在32位的MSVC中long double与double的精度均为8位,见相关链接4),而GCC在32位的long double是12字节,64位更是16字节,所以就出现了不兼容的问题。

所以我们可以做这样一个实验,将long double类型存储的数据按字节输出、同时按不同方式输出其结果,代码如下:

 1 #include <cstdio>
 2 using namespace std;
 3 
 4 void print_bytes(const char* name, long double &n)
 5 {
 6     char* p = (char*)&n;
 7 
 8     printf("%s [%ld-%ld]\n", name, p, p + sizeof(long double));
 9 
10     for (int i = 0; i < sizeof(long double); i++)
11     {
12         printf("0x%02X ", (*p & 0xFF));
13         p++;
14     }
15 
16     printf("\n");
17 }
18 
19 int main()
20 {
21     long double n1 = 0;
22     long double n2 = 0;
23 
24     print_bytes("inited_n1", n1);
25     print_bytes("inited_n2", n2);
26     printf("\n");
27 
28     scanf("%lf", &n1);
29     scanf("%Lf", &n2);
30 
31     print_bytes("inputed_n1", n1);
32     print_bytes("inputed_n2", n2);
33     printf("\n");
34 
35     printf("type \t\t n1 \t\t\t\t n2\n");
36     printf("%%f \t\t ");
37     printf("%f \t\t\t ", n1);
38     printf("%f\n", n2);
39 
40     printf("%%lf \t\t ");
41     printf("%lf \t\t\t ", n1);
42     printf("%lf\n", n2);
43 
44     printf("%%Lf \t\t ");
45     printf("%Lf \t\t\t ", n1);
46     printf("%Lf\n", n2);
47 
48     return 0;
49 }

分别将这个代码在32位机器上用MSVC和GCC MinGW编译,以及在32位Linux下用GCC编译,可以得到如下的结果(从上到下分别为32位Windows下用MSVC编译、32位Windows下用GCC MinGW编译、32位Linux下用GCC编译):

可以发现,MSVC下long double为8字节,而GCC编译后的程序不论在Linux下还是在Windows下都为12字节。不过仔细看可以发现,虽然GCC生成的程序占用了12字节,但其只用到了前10字节(后2字节不论怎样赋值其内容都不会发生改变),也就是说GCC的long double实际上是10字节(80bit)的。

除此之外,还可以发现,当使用scanf("%lf")时,不论变量是什么类型的,都是按8字节存储的(即按double类型存储的),而使用scanf("%Lf"),则是按10字节存储的(即按long double类型存储的)。由于在MSVC下double = long double,所以不论怎么混用,结果都是正确的。而在Linux下,我们发现,当存储的long double为真正的long double时(使用scanf("%Lf")),只能使用%Lf输出结果,而long double内存储的内容为double时,只能使用输出double的格式化字符串输出。

所以猜想在GCC MinGW下,可能就像在Linux下存储的double而强制输出long double那样会输出为0一样,存储的内容为double,而MSVC将其认定为long double输出,所以最终结果为0。

 

【相关链接】

  1. 为什么printf()用%f输出double型,而scanf却用%lf呢?:http://book.51cto.com/art/200901/106880.htm
  2. printf and long double:http://stackoverflow.com/questions/4089174/printf-and-long-double
  3. gcc: printf and long double leads to wrong output:http://stackoverflow.com/questions/7134547/gcc-printf-and-long-double-leads-to-wrong-output-c-type-conversion-messes-u
  4. Long Double:http://msdn.microsoft.com/en-us/library/9cx8xs15.aspx
posted @ 2013-12-13 23:42 大魔王mAysWINd 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏