14-转换说明的意义
4.4.4 转换说明的意义
下面深入探讨一下转换说明的意义。转换说明把以二进制格式存储在计算机中的值转换成一系列字符（字符串）以便于显示。例如，数字 76 在计算机内部的存储格式是二进制数 01001100 。 %d 转换说明将其转换成字符 7 和 6 ，并显示为 76 ； %x 转换说明把相同的值（ 01001100 ）转换成十六进制记数法 4c ； %c 转换说明把 01001100 转换成字符 L 。
转换（conversion）可能会误导读者认为原始值被替换成转换后的值。实际上，转换说明是翻译说明， %d 的意思是“把给定的值翻译成十进制整数文本并打印出来”。
1．转换不匹配
前面强调过，转换说明应该与待打印值的类型相匹配。通常都有多种选择。例如，如果要打印一个 int 类型的值，可以使用 %d 、 %x 或 %o 。这些转换说明都可用于打印 int 类型的值，其区别在于它们分别表示一个值的形式不同。类似地，打印 double 类型的值时，可使用 %f 、 %e 或 %g 。
转换说明与待打印值的类型不匹配会怎样？上一章中介绍过不匹配导致的一些问题。匹配非常重要，一定要牢记于心。程序清单4.11演示了一些不匹配的整型转换示例。
程序清单4.11 intconv.c 程序
/* intconv.c -- 一些不匹配的整型转换 */
#include <stdio.h>
#define PAGES 336
#define WORDS 65618
int main(void)
{
short num = PAGES;
short mnum = -PAGES;
printf("num as short and unsigned short: %hd %hu\n", num,num);
printf("-num as short and unsigned short: %hd %hu\n", mnum,mnum);
printf("num as int and char: %d %c\n", num, num);
printf("WORDS as int, short, and char: %d %hd %c\n",WORDS,WORDS, WORDS);
return 0;
}在我们的系统中，该程序的输出如下：
num as short and unsigned short: 336 336
-num as short and unsigned short: -336 65200
num as int and char: 336 P
WORDS as int, short, and char: 65618 82 R请看输出的第 1 行， num 变量对应的转换说明 %hd 和 %hu 输出的结果都是 336 。这没有任何问题。然而，第 2 行 mnum 变量对应的转换说明 %u （无符号）输出的结果却为 65200 ，并非期望的 336 。这是由于有符号 short int 类型的值在我们的参考系统中的表示方式所致。首先， short int 的大小是 2 字节；其次，系统使用二进制补码来表示有符号整数。这种方法，数字 0 ～ 32767 代表它们本身，而数字 32768 ～ 65535 则表示负数。其中， 65535 表示 -1 ， 65534 表示 -2 ，以此类推。因此， -336 表示为 65200 （即， 65536-336 ）。所以被解释成有符号 int 时， 65200 代表 -336 ；而被解释成无符号 int 时， 65200 则代表 65200 。一定要谨慎！一个数字可以被解释成两个不同的值。尽管并非所有的系统都使用这种方法来表示负整数，但要注意一点：别期望用 %u 转换说明能把数字和符号分开。
第 3 行演示了如果把一个大于 255 的值转换成字符会发生什么情况。在我们的系统中， short int 是 2 字节， char 是 1 字节。当 printf() 使用 %c 打印 336 时，它只会查看存储 336 的 2 字节中的后 1 字节。这种截断（见图 4.8 ）相当于用一个整数除以 256 ，只保留其余数。在这种情况下，余数是 80 ，对应的 ASCII 值是字符 P 。用专业术语来说，该数字被解释成“以 256 为模”（modulo 256），即该数字除以 256 后取其余数。
最后，我们在该系统中打印比 short int 类型最大整数（ 32767 ）更大的整数（ 65618 ）。这次，计算机也进行了求模运算。在本系统中，应把数字 65618 存储为 4 字节的 int 类型值。用 %hd 转换说明打印时， printf() 只使用最后 2 个字节。这相当于 65618 除以 65536 的余数。这里，余数是 82 。鉴于负数的存储方法，如果余数在 32767 ～ 65536 范围内会被打印成负数。对于整数大小不同的系统，相应的处理行为类似，但是产生的值可能不同。
混淆整型和浮点型，结果更奇怪。考虑程序清单4.12。
程序清单4.12 floatcnv.c 程序
/* floatcnv.c -- 不匹配的浮点型转换 */
#include <stdio.h>
int main(void)
{
float n1 = 3.0;
double n2 = 3.0;
long n3 = 2000000000;
long n4 = 1234567890;
printf("%.1e %.1e %.1e %.1e\n", n1, n2, n3, n4);
printf("%ld %ld\n", n3, n4);
printf("%ld %ld %ld %ld\n", n1, n2, n3, n4);
return 0;
}在我们的系统中，该程序的输出如下：
3.0e+00 3.0e+00 3.1e+46 1.7e+266
2000000000 1234567890
0 1074266112 0 1074266112第 1 行输出显示， %e 转换说明没有把整数转换成浮点数。考虑一下，如果使用 %e 转换说明打印 n3 （ long 类型）会发生什么情况。首先， %e 转换说明让 printf() 函数认为待打印的值是 double 类型（本系统中 double 为 8 字节）。当 printf() 查看 n3 （本系统中是 4 字节的值）时，除了查看 n3 的 4 字节外，还会查看查看 n3 相邻的 4 字节，共 8 字节单元。接着，它将 8 字节单元中的位组合解释成浮点数（如，把一部分位组合解释成指数）。因此，即使 n3 的位数正确，根据 %e 转换说明和 %ld 转换说明解释出来的值也不同。最终得到的结果是无意义的值。
第 1 行也说明了前面提到的内容： float 类型的值作为 printf() 参数时会被转换成 double 类型。在本系统中， float 是 4 字节，但是为了 printf() 能正确地显示该值， n1 被扩成 8 字节。
第 2 行输出显示，只要使用正确的转换说明， printf() 就可以打印 n3 和 n4 。
第 3 行输出显示，如果 printf() 语句有其他不匹配的地方，即使用对了转换说明也会生成虚假的结果。用 %ld 转换说明打印浮点数会失败，但是在这里，用 %ld 打印 long 类型的数竟然也失败了！问题出在C如何把信息传递给函数。具体情况因编译器实现而异。“参数传递”框中针对一个有代表性的系统进行了讨论。
参数传递
参数传递机制因实现而异。下面以我们的系统为例，分析参数传递的原理。函数调用如下：
printf("%ld %ld %ld %ld\n", n1, n2, n3, n4);该调用告诉计算机把变量n1、n2、n3和n4的值传递给程序。这是一种常见的参数传递方式。程序把传入的值放入被称为栈（stack）的内存区域。计算机根据变量类型（不是根据转换说明）把这些值放入栈中。因此，n1被存储在栈中，占8字节（float类型被转换成double类型）。同样，n2也在栈中占8字节，而n3和n4在栈中分别占4字节。然后，控制转到printf()函数。该函数根据转换说明（不是根据变量类型）从栈中读取值。%ld转换说明表明printf()应该读取4字节，所以printf()读取栈中的前4字节作为第1个值。这是n1的前半部分，将被解释成一个long类型的整数。根据下一个%ld转换说明，printf()再读取4字节，这是n1的后半部分，将被解释成第2个long类型的整数（见图4.9）。类似地，根据第3个和第4个%ld，printf()读取n2的前半部分和后半部分，并解释成两个long类型的整数。因此，对于n3和n4，虽然用对了转换说明，但printf()还是读错了字节。
float n1; /* 作为double类型传递 */
double n2;
long n3, n4;
...
printf("%ld %ld %ld %ld\n", n1, n2, n3, n4);
2． printf() 的返回值
第 2 章提到过，大部分C函数都有一个返回值，这是函数计算并返回给主调程序（calling program）的值。例如，C库包含一个 sqrt() 函数，接受一个数作为参数，并返回该数的平方根。可以把返回值赋给变量，也可以用于计算，还可以作为参数传递。总之，可以把返回值像其他值一样使用。 printf() 函数也有一个返回值，它返回打印字符的个数。如果有输出错误， printf() 则返回一个负值（ printf() 的旧版本会返回不同的值）。
printf() 的返回值是其打印输出功能的附带用途，通常很少用到，但在检查输出错误时可能会用到（如，在写入文件时很常用）。如果一张已满的 CD 或 DVD 拒绝写入，程序应该采取相应的行动，例如终端蜂鸣 30 秒。不过，要实现这种情况必须先了解 if 语句。程序清单 4.13 演示了如何确定函数的返回值。
程序清单4.13 prntval.c 程序
/* prntval.c -- printf()的返回值 */
#include <stdio.h>
int main(void)
{
int bph2o = 212;
int rv;
rv = printf("%d F is water's boiling point.\n", bph2o);
printf("The printf() function printed %d characters.\n",
rv);
return 0;
}该程序的输出如下：
212 F is water's boiling point.
The printf() function printed 32 characters.首先，程序用 rv = printf(...); 的形式把 printf() 的返回值赋给 rv 。因此，该语句执行了两项任务：打印信息和给变量赋值。其次，注意计算针对所有字符数，包括空格和不可见的换行符（ \n ）。
3．打印较长的字符串
有时， printf() 语句太长，在屏幕上不方便阅读。如果空白（空格、制表符、换行符）仅用于分隔不同的部分，C编译器会忽略它们。因此，一条语句可以写成多行，只需在不同部分之间输入空白即可。例如，程序清单 4.13 中的一条 printf() 语句：
printf("The printf() function printed %d characters.\n",
rv);该语句在逗号和 rv 之间断行。为了让读者知道该行未完，示例缩进了 rv 。C编译器会忽略多余的空白。
但是，不能在双引号括起来的字符串中间断行。如果这样写：
printf("The printf() function printed %d
characters.\n", rv);C编译器会报错：字符串常量中有非法字符。在字符串中，可以使用 \n 来表示换行字符，但是不能通过按下Enter（或Return）键产生实际的换行符。
给字符串断行有3种方法，如程序清单4.14所示。
程序清单4.14 longstrg.c 程序
/* longstrg.c ––打印较长的字符串 */
#include <stdio.h>
int main(void)
{
printf("Here's one way to print a ");
printf("long string.\n");
printf("Here's another way to print a \
long string.\n");
printf("Here's the newest way to print a "
"long string.\n"); /* ANSI C */
return 0;
}该程序的输出如下：
Here's one way to print a long string.
Here's another way to print a long string.
Here's the newest way to print a long string.方法 1 ：使用多个 printf() 语句。因为第 1 个字符串没有以 \n 字符结束，所以第 2 个字符串紧跟第 1 个字符串末尾输出。
方法2：用反斜杠（\）和Enter（或Return）键组合来断行。这使得光标移至下一行，而且字符串中不会包含换行符。其效果是在下一行继续输出。但是，下一行代码必须和程序清单中的代码一样从最左边开始。如果缩进该行，比如缩进5个空格，那么这5个空格就会成为字符串的一部分。
方法3：ANSI C引入的字符串连接。在两个用双引号括起来的字符串之间用空白隔开，C编译器会把多个字符串看作是一个字符串。因此，以下3种形式是等效的：
printf("Hello, young lovers, wherever you are.");
printf("Hello, young " "lovers" ", wherever you are.");
printf("Hello, young lovers"
", wherever you are.");上述方法中，要记得在字符串中包含所需的空格。如， "young""lovers" 会成为 "younglovers" ，而 "young " "lovers" 才是 "younglovers" 。