C 语言 printf 用法：格式字符串、格式说明符与输出浮点数

printf 是每个 C 程序员学的第一个函数，也是大多数人从未完整读过手册的函数。花十分钟了解它很值得，因为它的格式字符串本身就是一门小语言，而且写错格式说明符不是笔误，而是未定义行为。

它定义在 <stdio.h> 中，所以使用它的每个程序都以 #include <stdio.h> 开头。

格式字符串的模型

printf 一次一个字符地遍历格式字符串。不是 % 的内容都按原样打印。% 开始一个转换说明，它会取走下一个参数，并按要求的形式打印。

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int    count = 5;
    double price = 2.5;
    char   grade = 'A';
    const char *name = "apples";

    printf("Plain text, no arguments.\n");
    printf("%d %s cost $%.2f (grade %c)\n", count, name, price, grade);
    return 0;
}

参数严格按位置和格式说明符对应：第一个 % 取 count，第二个取 name，依此类推。printf 无法检查你传入的是不是你承诺的类型，它看不到类型，所以格式字符串是你必须遵守的约定。这正是值得打开 -Wall 的原因：GCC 会在编译时读取字面量格式字符串，并在参数不匹配时发出警告。

没有什么会自动换行。printf("Hello") 会让光标停在 o 后面，所以几乎每个格式字符串都以 \n 结尾。

日常用到的格式说明符

这五个能覆盖大多数代码：

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int x = 42;

    printf("int     : %d\n", x);
    printf("double  : %f\n", 2.5);
    printf("string  : %s\n", "hello");
    printf("char    : %c\n", 'A');
    printf("pointer : %p\n", (void *)&x);
    printf("percent : 100%%\n");
    return 0;
}

这段代码里藏着两条规则。字面量 % 要写成 %%，格式字符串末尾单独一个 % 是未定义行为。另外 %p 要求 void *，所以要对指针做强制转换；直接传 int * 严格来说是未定义行为，尽管实际中打印出来没问题。

完整的表格，包括每个格式说明符、每个长度修饰符以及 scanf 对应的一列，都在格式说明符页面。本页只讲你常用的那些。

宽度、精度与对齐

在 % 和字母之间，你可以放标志、宽度和精度。这就是把一个循环变成表格的方法。

#include <stdio.h>

int main(void) {
    printf("|%5d|\n", 42);        /* width 5, padding before the value */
    printf("|%-5d|\n", 42);       /* minus flag: pad after the value   */
    printf("|%05d|\n", 42);       /* zero flag: pad with zeros         */
    printf("|%+d|\n", 42);        /* plus flag: always show the sign   */
    printf("|%8.2f|\n", 3.14159); /* width 8, 2 digits after the point */
    printf("|%-10s|\n", "ok");    /* strings pad too                   */
    printf("|%.3s|\n", "truncate me");  /* precision on a string cuts it */
    return 0;
}

宽度是最小值，而不是最大值：用 %3d 打印 123456，六位数字全都会输出。精度对不同类型含义不同：对 %f 是小数点后的位数，对 %s 是最多输出的字符数，对 %d 是最少的数字位数。

两者都可以在运行时用 * 提供，它会读取一个 int 参数：

#include <stdio.h>

int main(void) {
    const char *names[] = {"Ada", "Grace", "Alan"};
    double scores[] = {92.5, 105.25, 87.0};
    int width = 10;

    printf("%-*s %8s\n", width, "NAME", "SCORE");
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        printf("%-*s %8.2f\n", width, names[i], scores[i]);
    }
    return 0;
}

修改 width 就能重新排布整张表。这是在 C 中打印对齐列的标准做法，不需要任何字符串填充辅助函数。

合理地打印浮点数

不带精度的 %f 总是打印小数点后六位，这几乎从来不是你想要的：

#include <stdio.h>

int main(void) {
    double value = 1234.5;
    double tiny  = 0.000012345;
    double huge  = 123456789012.0;

    printf("%%f    : %f\n", value);
    printf("%%.2f  : %.2f\n", value);
    printf("%%.0f  : %.0f\n", value);
    printf("%%e    : %e\n", tiny);
    printf("%%g    : %g\n", tiny);
    printf("%%g    : %g\n", huge);
    printf("%%g    : %g\n", value);
    return 0;
}

三种选择，以及各自的经验法则：

• %.Nf 用于金额、测量值等小数位数天然固定的数据。货币用 %.2f 就对了。
• %e 用于科学计数法，格式总是 d.dddddde±dd。
• %g 用于事先不知道数量级的情况。它会在 %f 和 %e 中选较短的那个，并去掉末尾的零，记录一个你没见过的值时，这是最稳妥的默认选择。

有一个陷阱值得明确指出：printf 中没有 %lf。float 参数在 printf 看到之前就已被提升为 double，所以 %f 两者都能处理，%lf 只在 scanf 中有意义，因为那里目标变量的大小很重要。（C99 确实接受 printf 中的 %lf 作为同义写法，但习惯这样写的人往往会在 scanf 中写成 %f，那就真的出错了。）

其他宽度的整数

%d 用于 int。更大的类型或无符号类型需要长度修饰符，写错了是未定义行为，而不仅仅是舍入误差：

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>

int main(void) {
    long           big  = 3000000000L;
    unsigned int   u    = 4000000000u;
    size_t         len  = sizeof "hello";
    uint64_t       id   = 1234567890123456789ULL;

    printf("long     : %ld\n", big);
    printf("unsigned : %u\n", u);
    printf("size_t   : %zu\n", len);
    printf("uint64_t : %llu\n", (unsigned long long)id);

    printf("hex      : %x  HEX: %X  octal: %o\n", 255, 255, 8);
    return 0;
}

size_t 用 %zu，这是最常被写错的一个：sizeof 返回的是 size_t，不是 int，所以 printf("%d", sizeof x) 是个 bug，只是恰好在 32 位系统上能用，在 64 位系统上就会出问题。

返回值

printf 返回它写出的字符数，失败时返回负数。这个返回值通常被忽略，大多数情况下也没关系，但当你需要知道输出有多宽时，它确实很有用：

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int written = printf("Hello, world!\n");
    printf("that call wrote %d characters\n", written);

    /* Handy for underlining something whose width you do not know: */
    const char *title = "Report";
    int n = printf("%s\n", title) - 1;   /* minus the newline */
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        putchar('=');
    }
    putchar('\n');
    return 0;
}

相关的 sprintf 和 snprintf 把内容写入缓冲区而不是屏幕，并返回生成的长度。请始终优先使用 snprintf，它接收缓冲区大小，不会溢出：

#include <stdio.h>

int main(void) {
    char buffer[32];
    int n = snprintf(buffer, sizeof buffer, "%s scored %.1f", "Ada", 92.5);

    printf("[%s] (%d chars wanted)\n", buffer, n);
    return 0;
}

snprintf 返回的是完整字符串本来需要的长度，所以返回值大于或等于缓冲区大小，就说明输出被截断了。

格式字符串漏洞

这是 printf 唯一的安全问题，而且很严重。永远不要把不是你写的数据当作格式字符串传入：

/* DANGEROUS - never do this */
printf(user_input);

/* Correct */
printf("%s", user_input);

如果 user_input 中含有 %s，printf 就会读取一个从未传入的参数，并顺着它找到的那个看起来像指针的垃圾值去访问，通常会导致崩溃。重复的 %x 会把栈内容输出到屏幕上，其中可能包括密码或密钥。而 %n 会把字符数写入一个参数，历史上它让这个问题演变成了任意内存破坏和远程代码执行。

这条规则是绝对的，而且毫无代价：格式字符串永远是你自己写的字面量。任何可变的内容都作为参数传入。GCC 的 -Wformat-security 会标记这个错误，它包含在 -Wall -Wextra 中。

缓冲：为什么输出有时出现得晚

printf 不会立即写到终端。输出是有缓冲的：缓冲区满了、在终端上遇到换行符，或者程序正常退出时才会刷新。这带来两个后果：

• 崩溃的程序可能会丢失“已经打印过”的输出。如果你在用 printf 调试，而最后一条消息始终没有出现，那么崩溃发生在那一行之后，而不是之前。加上 fflush(stdout)，或者把调试输出发送到无缓冲的 stderr。
• fprintf(stderr, ...) 是打印错误的正确方式。它没有缓冲，而且输出到一个独立的流，用户可以把它和正常输出分开重定向。

#include <stdio.h>

int main(void) {
    printf("normal output goes to stdout\n");
    fprintf(stderr, "errors go to stderr\n");
    fflush(stdout);
    return 0;
}