在 printf 中使用 %d 时浮点变量会发生什么情况？答案

【问题标题】：What happens to a float variable when %d is used in a printf?在 printf 中使用 %d 时浮点变量会发生什么情况？
【发布时间】：2011-11-20 18:15:03
【问题描述】：

我正在尝试通过阅读 C Programming Language, 2nd Edition 来学习 C。我有一些编程经验，但没有 C 语言。

我目前在第 1 章。我有以下代码：

  float f;
  for (f = 0.0; f <= 3; f += 1.1)
      printf("A: %3f B: %6.2f\n", f, f + 0.15);

它打印输出：

A: 0.000000 B:   0.15
A: 1.100000 B:   1.25
A: 2.200000 B:   2.35

看起来不错。

现在我将 printf 更改如下：

printf("A: %3d B: %6.2f\n", f, f + 0.15);

新的输出是

A:   0 B:   0.00
A: -1610612736 B:   0.00
A: -1610612736 B: -625777476808257557292155887552002761191109083510753486844893290688350183831589633800863219712.00

这里发生了什么？我希望浮点数转换为 int 因为我使用了 %d 但事实并非如此。另外，为什么值 B 也出错了？ f这里怎么了？

【问题讨论】：

你没有要求它把它转换成一个整数，你告诉它它是一个整数！垃圾进，垃圾出。

标签： c floating-point printf

【解决方案1】：

Printf 将按照您告诉它的方式处理您指向的内存。没有进行转换。它将表示浮点数的内存视为 int。因为两者的存储方式不同，所以你得到的本质上是一个随机数。

如果你想将你的浮点数输出为整数，你应该先转换它：

printf("A: %3d B: %6.2f\n", (int)f, f + 0.15);

【讨论】：

好的，有道理。那么 f 的值是否因为我没有将其转换为 int 而改变？如果不是，那么 printf 的第二部分正在使用 %6.2f 那么至少应该有正确的值吗？

【解决方案2】：

当你打电话时：

printf("A: %3d B: %6.2f\n", f, f + 0.15);

C 自动将float 值转换为double（这是在调用带有可变参数的函数时进行的标准转换，例如int printf(const char *fmt, ...);）。为了论证起见，我们假设sizeof(int) 是4，sizeof(double) 是8（也有例外，但它们很少而且相差甚远）。

因此，调用将一个指针压入堆栈，加上一个用于f 的 8 字节双精度，以及另一个用于f + 0.15 的 8 字节双精度。在处理格式字符串时，%d 告诉printf()，您在格式字符串之后将一个 4 字节的int 推入堆栈。由于那不是您所做的，因此您调用了未定义的行为；根据 C 标准，接下来发生的任何事情都可以。

然而，最有可能的实现会愉快地读取 4 个字节并将它们打印出来，就好像它们是 int 一样（它相信你会说实话）。然后遇到%6.2f格式；它将从堆栈中读取 8 个字节作为double。这可能会导致未对齐访问的内存故障（它需要一个 64 位机器，并要求 double 在 8 字节边界上对齐，例如 SPARC），或者它将读取 4来自f 的字节和来自f + 0.15 的4 个字节，将它们放在一起以创建一些相当意想不到的double 值 - 正如您的示例所示。

【讨论】：

很好的答案，所以您可以 printf("A: %d%d B: %6.2",... 并弄错 A vals 但 B 不会受到影响
在大量相当合理的假设下，是的。该行为是严格未定义的，但在实践中，是的。

【解决方案3】：

可以打印任何整数值，无论浮点参数如何：

  printf("A: %d B: %6.2f\n", f, f + 0.15);

以下是在英特尔架构上打印任意整数的方法：

  int print_it(int, int /* nameless but printed */, float f)
  {
      printf("A: %d B: %6.2f\n", f, f + 0.15);
  }
  int main()
  {
      print_it(0, 12 /* will be printed */, 0.0);
      print_it(0, 123 /* printed */, 1.1);
      print_it(0, 1234 /* printed */ , 2.2);
  }

这个输出：

A: 12 B:   0.00
A: 123 B:   1.10
A: 1234 B:   2.20

说明：显然，不匹配的格式字符串和参数会导致未定义的行为。然而，有时这是可以预测的。在 Intel 架构上，前几个参数由寄存器传递。浮点值在不同的寄存器上传递。

尽管具有与问题中相同的 printf 指令，但输出是不同的。发生的情况是 12、123、1234 通过负责第二个非浮点参数的通用寄存器传递。由于printf只有一个非浮点参数，所以第二个非fp参数的寄存器不变。这个寄存器保留了它从print_it(0, int_value, fp_value)的第二个参数得到的值。

但是原版给垃圾了：

  for (f = 0.0; f <= 3; f += 1.1)
      printf("A: %3f B: %6.2f\n", f, f + 0.15);

它给出了不同的垃圾，因为printf 在内部调用了其他函数。这些函数会破坏printf("... %d ...", ...) 读取的通用寄存器。

显然，这种行为只发生在将浮点参数传递到一组单独的寄存器中的系统上。显然，只有当编译器优化不以某种方式修改代码时才会发生这种情况，因为当未定义的行为在发挥作用时，它被允许做一些疯狂的事情。

【讨论】：

【解决方案4】：

对于大多数函数，如果您传递 float 但函数需要 int，编译器会自动将 float 转换为 int。但是printf 很特别（非常特别）。 %d 需要 int，您的工作是向它传递 int。在printf 的情况下，编译器中没有自动机制能够为您执行转换。

话虽如此，但好的编译器会检测并警告此问题。如果你没有，你需要一个更好的。

更长的解释是，对于大多数函数，函数原型给出了所有参数的数量和类型，这是让编译器知道它可能需要引入转换的机制。但printf 的原型是

extern int printf(const char *, ...);

这三个点... 的字面意思是，“这里会有可变数量的参数，不知道有多少或什么类型”。当printf 实际运行时，它在格式字符串中找到%d，告诉它期待一个已传递的int，如果您传递的不是@，那么进行任何转换都为时已晚987654336@.

【讨论】：