? ?　一、前言

　　在嵌入式項(xiàng)目開(kāi)發(fā)中，字符串格式化是很常見(jiàn)的操作，我們一般都會(huì)使用 C 庫(kù)中的 sprintf 系列函數(shù)來(lái)完成格式化。

　　從功能上來(lái)說(shuō)，這是沒(méi)有問(wèn)題的，但是在一些時(shí)間關(guān)鍵場(chǎng)合，字符串的格式化效率會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生顯著的影響。

　　例如：在一個(gè)日志系統(tǒng)中，吞吐率是一個(gè)重要的性能指標(biāo)。每個(gè)功能模塊都產(chǎn)生了大量的日志信息，日志系統(tǒng)需要把時(shí)間戳添加到每條日志的頭部，此時(shí)字符串的格式化效率就比較關(guān)鍵了。

　　天下武功，唯快不破！

　　這篇文章就專(zhuān)門(mén)來(lái)聊一聊把數(shù)字格式化成字符串，可以有什么更好的方法。也許技術(shù)含量不高，但是很實(shí)用！

　　二、最簡(jiǎn)單的格式化

　　#include 《stdio.h》#include 《string.h》#include 《limits.h》#include 《sys/time.h》

　　int main（）{ char buff［32］ = { 0 }; sprintf（buff， “%ld”， LONG_MAX）; printf（“buff = %s

　　”， buff）;}

　　其中，LONG_MAX 表示 long 型數(shù)值的最大值。代碼在眨眼功夫之間就執(zhí)行結(jié)束了，但是如果是一百萬(wàn)、一千萬(wàn)次呢？

　　三、測(cè)試1：手動(dòng)格式化數(shù)字

　　1. 獲取系統(tǒng)時(shí)間戳函數(shù)

　　我的測(cè)試環(huán)境是：在 Win10 中通過(guò) VirtualBox，安裝了 Ubuntu16.04 虛擬機(jī)，使用系統(tǒng)自帶的 gcc 編譯器。

　　為了測(cè)試代碼執(zhí)行的耗時(shí)，我們寫(xiě)一個(gè)簡(jiǎn)單的函數(shù)：獲取系統(tǒng)的時(shí)間戳，通過(guò)計(jì)算時(shí)間差值來(lái)看一下代碼的執(zhí)行速度。

　　// 獲取系統(tǒng)時(shí)間戳long long getSysTimestamp（）{ struct timeval tv; gettimeofday（&tv， 0）; long long ts = （long long）tv.tv_sec * 1000000 + tv.tv_usec; return ts; }

　　2. 實(shí)現(xiàn)格式化數(shù)字的函數(shù)

　　// buff： 格式化之后字符串存儲(chǔ)地址；// value： 待格式化的數(shù)字void Long2String（char *buff， long value）{ long tmp; char tmpBuf［32］ = { 0 }; // p 指向臨時(shí)數(shù)組的最后一個(gè)位置 char *p = &tmpBuf［sizeof（tmpBuf） - 1］; while （value ！= 0） { tmp = value / 10; // 把一個(gè)數(shù)字轉(zhuǎn)成 ASCII 碼，放到 p 指向的位置。 // 然后 p 往前移動(dòng)一個(gè)位置。 *--p = （char）（‘0’ + （value - tmp * 10））; value = tmp; }

　　// 把臨時(shí)數(shù)組中的每個(gè)字符，復(fù)制到 buff 中。 while （*p） *buff++ = *p++;}

　　這個(gè)函數(shù)的過(guò)程很簡(jiǎn)單，從數(shù)字的后面開(kāi)始，把每一個(gè)數(shù)字轉(zhuǎn)成 ASCII 碼，放到一個(gè)臨時(shí)數(shù)組中（也是從后往前放），最后統(tǒng)一復(fù)制到形參指針 buff 指向的空間。

　　3. 測(cè)試代碼

　　int main（）{ printf（“l(fā)ong size = %d， LONG_MAX = %ld

　　”， sizeof（long）， LONG_MAX）; // 測(cè)試 1000 萬(wàn)次 int total = 1000 * 10000; char buff1［32］ = { 0 }; char buff2［32］ = { 0 };

　　// 測(cè)試 sprintf long long start1 = getSysTimestamp（）; for （int i = 0; i 《 total; ++i） sprintf（buff1， “%ld”， LONG_MAX）; printf（“sprintf ellapse： %lld us

　　”， getSysTimestamp（） - start1）;

　　// 測(cè)試 Long2String long long start2 = getSysTimestamp（）; for （int i = 0; i 《 total; ++i） Long2String（buff2， LONG_MAX）; printf（“Long2String ellapse： %lld us

　　”， getSysTimestamp（） - start2）; return 0;}

　　4. 執(zhí)行結(jié)果對(duì)比

　　long size = 4， LONG_MAX = 2147483647sprintf ellapse： 1675761 us Long2String ellapse： 527728 us

　　也就是說(shuō)：把一個(gè) long 型數(shù)字格式化成字符串：

　　使用 sprintf 庫(kù)函數(shù)，耗時(shí) 1675761 us;

　　使用自己寫(xiě)的 Long2String 函數(shù)，耗時(shí) 527728 us；

　　大概是 3 倍左右的差距。當(dāng)然，在你的電腦上可能會(huì)得到不同的結(jié)果，這與系統(tǒng)的負(fù)載等有關(guān)系，可以多測(cè)試幾次。

　　四、測(cè)試2：混合格式化字符串和數(shù)字

　　看起來(lái)使用自己寫(xiě)的 Long2String 函數(shù)執(zhí)行速度更快一些，但是它有一個(gè)弊端，就是只能格式化數(shù)字。

　　如果我們需要把字符串和數(shù)字一起格式化成一個(gè)字符串，應(yīng)該如何處理？

　　如果使用 sprintf 庫(kù)函數(shù)，那非常方便：

　　sprintf（buff， “%s%d”， “hello”， 123456）;

　　如果繼續(xù)使用 Long2String 函數(shù)，那么就要分步來(lái)格式化，例如：

　　// 拆成 2 個(gè)步驟sprintf（buff， “%s”， “hello”）;Long2String（buff + strlen（buff）， 123456）;

　　以上兩種方式都能達(dá)到目的，那執(zhí)行效率如何呢？繼續(xù)測(cè)試：

　　int main（）{ printf（“l(fā)ong size = %d， LONG_MAX = %ld

　　”， sizeof（long）， LONG_MAX）; // 測(cè)試 1000 萬(wàn) 次 const char *prefix = “ZhangSan has money： ”; int total = 1000 * 10000; char buff1［32］ = { 0 }; char buff2［32］ = { 0 };

　　// 測(cè)試 sprintf long long start1 = getSysTimestamp（）; for （int i = 0; i 《 total; ++i） sprintf（buff1， “%s%ld”， prefix， LONG_MAX）; printf（“sprintf ellapse： %lld us

　　”， getSysTimestamp（） - start1）;

　　// 測(cè)試 Long2String long long start2 = getSysTimestamp（）; for （int i = 0; i 《 total; ++i） { sprintf（buff2， “%s”， prefix）; Long2String（buff2 + strlen（prefix）， LONG_MAX）; } printf（“Long2String ellapse： %lld us

　　”， getSysTimestamp（） - start2）; return 0;}

　　執(zhí)行結(jié)果對(duì)比：

　　long size = 4， LONG_MAX = 2147483647sprintf ellapse： 2477686 us Long2String ellapse： 816119 us

　　執(zhí)行速度仍然是 3 倍左右的差距。就是說(shuō)，即使拆分成多個(gè)步驟來(lái)執(zhí)行，使用 Long2String 函數(shù)也會(huì)更快一些！

　　五、sprintf 的實(shí)現(xiàn)機(jī)制

　　sprintf 函數(shù)家族中，存在著一系列的函數(shù)，其底層是通過(guò)可變參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。之前寫(xiě)過(guò)一篇文章一個(gè)printf（結(jié)構(gòu)體指針）引發(fā)的血案，其中的第四部分，使用圖片詳細(xì)描述了可變參數(shù)的實(shí)現(xiàn)原理，摘抄如下。

　　1. 可變參數(shù)的幾個(gè)宏定義

　　typedef char * va_list;

　　#define va_start _crt_va_start#define va_arg _crt_va_arg #define va_end _crt_va_end

　　#define _crt_va_start（ap，v） （ ap = （va_list）_ADDRESSOF（v） + _INTSIZEOF（v） ） #define _crt_va_arg（ap，t） （ *（t *）（（ap += _INTSIZEOF（t）） - _INTSIZEOF（t）） ） #define _crt_va_end（ap） （ ap = （va_list）0 ）

　　注意：va_list 就是一個(gè) char* 型指針。

　　2. 可變參數(shù)的處理過(guò)程

　　我們以剛才的示例 my_printf_int 函數(shù)為例，重新貼一下：

　　void my_printf_int（int num， 。。.） // step1{ int i， val; va_list arg; va_start（arg， num）; // step2 for（i = 0; i 《 num; i++） { val = va_arg（arg， int）; // step3 printf（“%d ”， val）; } va_end（arg）; // step4 printf（“

　　”）;}

　　int main（）{ int a = 1， b = 2， c = 3; my_printf_int（3， a， b， c）;}

　　Step1： 函數(shù)調(diào)用時(shí)

　　C語(yǔ)言中函數(shù)調(diào)用時(shí)，參數(shù)是從右到左、逐個(gè)壓入到棧中的，因此在進(jìn)入 my_printf_int 的函數(shù)體中時(shí)，棧中的布局如下：

　　Step2： 執(zhí)行 va_start

　　va_start（arg， num）;

　　把上面這語(yǔ)句，帶入下面這宏定義：

　　#define _crt_va_start（ap，v） （ ap = （va_list）_ADDRESSOF（v） + _INTSIZEOF（v） ）

　　宏擴(kuò)展之后得到：

　　arg = （char *）num + sizeof（num）;

　　結(jié)合下面的圖來(lái)分析一下：首先通過(guò) _ADDRESSOF 得到 num 的地址 0x01020300，然后強(qiáng)轉(zhuǎn)成 char* 類(lèi)型，再然后加上 num 占據(jù)的字節(jié)數(shù)（4個(gè)字節(jié)），得到地址 0x01020304，最后把這個(gè)地址賦值給 arg，因此 arg 這個(gè)指針就指向了棧中數(shù)字 1 的那個(gè)地址，也就是第一個(gè)參數(shù)，如下圖所示：

　　Step3： 執(zhí)行 va_arg

　　val = va_arg（arg， int）;

　　把上面這語(yǔ)句，帶入下面這宏定義：

　　#define _crt_va_arg（ap，t） （ *（t *）（（ap += _INTSIZEOF（t）） - _INTSIZEOF（t）） ）

　　宏擴(kuò)展之后得到：

　　val = （ *（int *）（（arg += _INTSIZEOF（int）） - _INTSIZEOF（int）） ）

　　結(jié)合下面的圖來(lái)分析一下：先把 arg 自增 int 型數(shù)據(jù)的大小（4個(gè)字節(jié)），使得 arg = 0x01020308；然后再把這個(gè)地址（0x01020308）減去4個(gè)字節(jié)，得到的地址（0x01020304）里的這個(gè)值，強(qiáng)轉(zhuǎn)成 int 型，賦值給 val，如下圖所示：

　　簡(jiǎn)單理解，其實(shí)也就是：得到當(dāng)前 arg 指向的 int 數(shù)據(jù)，然后把 arg 指向位于高地址處的下一個(gè)參數(shù)位置。

　　va_arg 可以反復(fù)調(diào)用，直到獲取棧中所有的函數(shù)傳入的參數(shù)。

　　Step4： 執(zhí)行 va_end

　　va_end（arg）;

　　把上面這語(yǔ)句，帶入下面這宏定義：

　　#define _crt_va_end（ap） （ ap = （va_list）0 ）

　　宏擴(kuò)展之后得到：

　　arg = （char *）0;

　　這就好理解了，直接把指針 arg 設(shè)置為空。因?yàn)闂Ｖ械乃袆?dòng)態(tài)參數(shù)被提取后，arg 的值為 0x01020310（最后一個(gè)參數(shù)的上一個(gè)地址），如果不設(shè)置為 NULL 的話，下面使用的話就得到未知的結(jié)果，為了防止誤操作，需要設(shè)置為NULL。

　　六、總結(jié)

　　這篇文章描述的格式化方法靈活性不太好，也許存在一定的局限性。但是在一些關(guān)鍵場(chǎng)景下，能明顯提高執(zhí)行效率。

　　編輯：黃飛