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：
2 {
3 INT type; // 数据长度类型
4 INT width; // 数据最小宽度
5 INT precision; // 数据精度
6 BOOL left; // 是否居左
7 BOOL zero; // 是否前导零
8 INT decimals; // 浮点数: 1强制小数位; 16进制: -1: 0x, 1: 0X
9 INT negative; // 符号：-1: '-'; 1: '+'
10 LPSTR param; // 参数指针
11 }FormatRec;
12
13 typedef long long LLONG, *PLLONG;
14 typedef unsigned long long ULLONG, *PULLONG;
15
16 #define TYPE_CHAR 0
17 #define TYPE_SHORT 1
18 #define TYPE_GENERAL 2
19 #define TYPE_LONG 3
20 #define TYPE_LLONG 4
21
22 #define PTR_SIZE sizeof(VOID*)
23 #define TypeSize(size) (((size + PTR_SIZE - 1) / PTR_SIZE) * PTR_SIZE)
24
25 #define TS_PTR PTR_SIZE
26 #define TS_CHAR TypeSize(sizeof(CHAR))
27 #define TS_WCHAR TypeSize(sizeof(WCHAR))
28 #define TS_SHORT TypeSize(sizeof(SHORT))
29 #define TS_INT TypeSize(sizeof(INT))
30 #define TS_LONG TypeSize(sizeof(LONG))
31 #define TS_LLONG TypeSize(sizeof(LLONG))
32 #define TS_FLOAT TypeSize(sizeof(FLOAT))
33 #define TS_DOUBLE TypeSize(sizeof(double))
34 #define TS_EXTENDED TypeSize(sizeof(EXTENDED))
35
36 #define CHAR_SPACE ' '
37 #define CHAR_ZERO '0'
38 #define CHAR_POS '+'
39 #define CHAR_NEG '-'
40
41 #define HEX_PREFIX_U "0X"
42 #define HEX_PREFIX_L "0x"
43
44 #define MAX_DIGITS_SIZE 40
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。
2 static LPSTR GetControlNum(LPCSTR s, INT *value)
3 {
4 register LPCSTR p = s;
5 register INT v;
6 for (v = 0; *p >= '0' && *p <= '9'; p ++)
7 v = v * 10 + (*p - '0');
8 *value = v;
9 return (LPSTR)(p - 1);
10 }
11
12 LPSTR _sprintfA(LPSTR buffer, LPCSTR format, ...)
13 {
14 FormatRec rec;
15 BOOL flag;
16 CHAR c;
17 LPCSTR psave; // ?
18 register LPCSTR pf = format;
19 register LPSTR pb = buffer;
20 va_list paramList;
21
22 va_start(paramList, format);
23 rec.param = (LPSTR)paramList;
24 while (TRUE)
25 {
26 while (*pf && *pf != '%')
27 *pb ++ = *pf ++;
28 if (*pf == 0) break;
29 if (*(pf + 1) == '%') // 处理%%
30 {
31 *pb ++ = '%';
32 pf += 2;
33 continue;
34 }
35 psave = pf; // ?
36 rec.width = rec.decimals = rec.negative = 0;
37 rec.left = rec.zero = FALSE;
38 rec.type = TYPE_GENERAL;
39 rec.precision = -1;
40 // 解析前导符号
41 flag = TRUE;
42 while (flag)
43 {
44 pf ++;
45 switch (*pf)
46 {
47 case '0':
48 rec.zero = TRUE;
49 flag = FALSE;
50 break;
51 case '-':
52 rec.left = TRUE;
53 break;
54 case '+':
55 rec.negative = 1;
56 break;
57 case '#':
58 rec.decimals = 1;
59 break;
60 default:
61 pf --;
62 flag = FALSE;
63 break;
64 }
65 }
66 // 解析输出宽度和精度
67 flag = TRUE;
68 while (flag)
69 {
70 pf ++;
71 switch (*pf)
72 {
73 case '.': // 如小数点后为'*','0' - '9'继续处理精度和宽度
74 rec.precision = 0;
75 c = *(pf + 1);
76 flag = (c == '*' || (c >= '0' && c <= '9'));
77 break;
78 case '*': // 处理'*'表示的宽度参数和精度参数
79 if (*(pf - 1) == '.')
80 {
81 rec.precision = *(PINT)rec.param;
82 flag = FALSE;
83 }
84 else
85 {
86 rec.width = *(PINT)rec.param;
87 flag = *(pf + 1) == '.';
88 }
89 rec.param += TS_PTR;
90 break;
91 default: // 处理格式串中数字表示的宽度和精度
92 if (*(pf - 1) == '.')
93 {
94 pf = GetControlNum(pf, &rec.precision);
95 flag = FALSE;
96 }
97 else
98 {
99 pf = GetControlNum(pf, &rec.width);
100 flag = *(pf + 1) == '.';
101 }
102 }
103 }
104 // 解析数据类型精度
105 flag = TRUE;
106 while (flag)
107 {
108 pf ++;
109 switch(*pf)
110 {
111 case 'L':
112 rec.type = TYPE_LLONG;
113 break;
114 case 'l':
115 if (rec.type < TYPE_LLONG)
116 rec.type ++;
117 break;
118 case 'H':
119 rec.type = TYPE_CHAR;
120 break;
121 case 'h':
122 if (rec.type > TYPE_CHAR)
123 rec.type --;
124 break;
125 default:
126 flag = FALSE;
127 }
128 }
129 // 解析数据类型，并格式化
130 c = *pf ++;
131 switch (c)
132 {
133 case 's':
134 pb = FormatStrA(pb, &rec);
135 break;
136 case 'c':
137 pb = FormatCharA(pb, &rec);
138 break;
139 case 'd':
140 case 'i':
141 case 'u':
142 pb = FormatIntA(pb, &rec, c == 'u');
143 break;
144 case 'f':
145 pb = FormatFloatFA(pb, &rec);
146 break;
147 case 'e':
148 case 'E':
149 pb = FormatFloatEA(pb, &rec, c);
150 break;
151 case 'g':
152 case 'G':
153 pb = FormatFloatGA(pb, &rec, c);
154 break;
155 case 'x':
156 if (rec.decimals)
157 rec.decimals = -1;
158 case 'X':
159 pb = FormatHexA(pb, &rec, c);
160 break;
161 case 'o':
162 pb = FormatOctalA(pb, &rec);
163 break;
164 case 'p':
165 pb = FormatPointerA(pb, &rec);
166 break;
167 case 'n':
168 GetPosSizeA(pb, buffer, &rec);
169 break;
170 default: // 错误：拷贝format剩余字符，返回
171 // pf = psave + 1; // ? 也可处理为忽略后继续
172 // break; // ?
173 lstrcpyA(pb, psave);
174 return buffer;
175 }
176 }
177 va_end(paramList);
178 *pb = 0;
179 return buffer;
180 }
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......
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水平有限，错误在所难免，欢迎指正和指导。邮箱地址：maozefa@hotmail.com
