fprintf函数进阶指南：掌握高级技巧，提升格式化输出水平

# 1. fprintf 函数基础

fprintf 函数是 C 语言中用于格式化输出的标准库函数。它允许开发者将数据以特定格式写入到文件、标准输出或其他输出流中。

### 1.1 函数原型

int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...);

* `stream`：指向要写入的输出流的文件指针。
* `format`：一个格式字符串，指定输出数据的格式。
* `...`：可变参数列表，包含要格式化输出的数据。

### 1.2 格式说明符

格式字符串使用格式说明符来指定要输出数据的格式。最常用的格式说明符如下：

* `%d`：整数
* `%f`：浮点数
* `%s`：字符串
* `%c`：字符

# 2. fprintf 函数进阶技巧

### 2.1 精确格式化控制

#### 2.1.1 格式说明符的语法和含义

格式说明符用于指定输出数据的格式，其语法为：

%[标志][宽度][精度]类型

其中：

* **标志**：控制输出格式，如左对齐（`-`）、右对齐（`+`）、填充字符（`0`）等。
* **宽度**：指定输出字段的最小宽度，不足则用空格填充。
* **精度**：指定浮点数的小数位数或字符串的最大长度。
* **类型**：指定输出数据的类型，如整数（`d`）、浮点数（`f`）、字符串（`s`）等。

例如：

printf("%-10d", 123); // 左对齐，最小宽度为 10，输出 "-123    "
printf("%+10.2f", 3.14159); // 右对齐，最小宽度为 10，精度为 2，输出 "+3.14"
printf("%.3s", "Hello"); // 最大长度为 3，输出 "Hel"

#### 2.1.2 修饰符的使用

修饰符可以进一步控制输出格式，常用的修饰符有：

* **hh**：输出 8 位有符号/无符号整数（char）
* **h**：输出 16 位有符号/无符号整数（short）
* **l**：输出 32 位有符号/无符号整数（long）
* **ll**：输出 64 位有符号/无符号整数（long long）
* **L**：输出宽字符（wchar_t）
* **z**：输出大小与指针相同的整数（size_t）

例如：

printf("%hhd", (char)127); // 输出 127
printf("%ld", 2147483647); // 输出 2147483647
printf("%lld", 9223372036854775807); // 输出 9223372036854775807

### 2.2 动态格式化

#### 2.2.1 可变参数列表

fprintf 函数支持可变参数列表，即可以传递任意数量的参数。可变参数列表使用 `...` 表示，位于格式字符串之后。

例如：

#include <stdio.h>
#include <stdarg.h>

void my_printf(const char *format, ...)
{
    va_list args;
    va_start(args, format);
    vfprintf(stdout, format, args);
    va_end(args);
}

int main()
{
    my_printf("Hello %s, your age is %d.\n", "John", 30);
    return 0;
}

输出：

Hello John, your age is 30.

#### 2.2.2 格式字符串的生成

格式字符串也可以动态生成。可以使用 `snprintf` 函数将格式化后的字符串存储到缓冲区中。

例如：

#include <stdio.h>

int main()
{
    char buffer[100];
    int age = 30;
    snprintf(buffer, sizeof(buffer), "Hello John, your age is %d.\n", age);
    printf("%s", buffer);
    return 0;
}

输出：

Hello John, your age is 30.

### 2.3 错误处理和异常处理

#### 2.3.1 错误代码的含义

fprintf 函数返回写入的字符数，如果发生错误则返回负值。常见的错误代码有：

* **-1**：写入失败，通常是由于文件权限或磁盘空间不足。
* **0**：写入成功，但未写入任何字符。

#### 2.3.2 异常处理机制

fprintf 函数不会抛出异常，但可以通过 `errno` 变量获取错误代码。

例如：

#include <stdio.h>
#include <errno.h>

int main()
{
    FILE *fp = fopen("test.txt", "w");
    if (fp == NULL) {
        perror("fopen");
        return -1;
    }

    int ret = fprintf(fp, "Hello world!\n");
    if (ret < 0) {
        perror("fprintf");
        fclose(fp);
        return -1;
    }

    fclose(fp);
    return 0;
}

输出：

fopen: Permission denied

# 3. fprintf 函数实践应用

### 3.1 文件格式化输出

#### 3.1.1 日志文件生成

日志文件是记录系统或应用程序运行时信息的重要工具。fprintf 函数可以方便地将日志信息格式化输出到文件中。

#include <stdio.h>

int main() {
    FILE *fp = fopen("log.txt", "w");
    if (fp == NULL) {
        perror("fopen");
        return EXIT_FAILURE;
    }

    fprintf(fp, "Error: %s\n", "File not found");
    fprintf(fp, "Warning: %s\n", "Memory leak detected");
    fprintf(fp, "Info: %s\n", "Operation completed successfully");

    fclose(fp);
    return EXIT_SUCCESS;
}

**代码逻辑分析：**

1. 打开文件 "log.txt" 进行写入。
2. 使用 fprintf 函数将错误、警告和信息消息格式化输出到文件中。
3. 关闭文件。

#### 3.1.2 配置文件格式化

配置文件用于存储应用程序的配置信息。fprintf 函数可以将配置信息格式化输出到文件中，便于后续读取和修改。

#include <stdio.h>

int main() {
    FILE *fp = fopen("config.ini", "w");
    if (fp == NULL) {
        perror("fopen");
        return EXIT_FAILURE;
    }

    fprintf(fp, "[Database]\n");
    fprintf(fp, "host=localhost\n");
    fprintf(fp, "port=3306\n");
    fprintf(fp, "username=root\n");
    fprintf(fp, "password=password\n");

    fclose(fp);
    return EXIT_SUCCESS;
}

**代码逻辑分析：**

1. 打开文件 "config.ini" 进行写入。
2. 使用 fprintf 函数将数据库配置信息格式化输出到文件中。
3. 关闭文件。

### 3.2 网络数据格式化

#### 3.2.1 HTTP 响应报文格式化

HTTP 响应报文是服务器对客户端请求的响应。fprintf 函数可以将 HTTP 响应报文格式化输出到网络连接中。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    // 模拟一个 HTTP 响应报文
    char *response = "HTTP/1.1 200 OK\r\n"
                     "Content-Type: text/html\r\n"
                     "Content-Length: 10\r\n"
                     "\r\n"
                     "Hello World!";

    // 将响应报文格式化输出到网络连接中
    fprintf(stdout, "%s", response);

    return EXIT_SUCCESS;
}

**代码逻辑分析：**

1. 模拟一个 HTTP 响应报文。
2. 使用 fprintf 函数将响应报文格式化输出到标准输出流中，通常会连接到网络连接。

#### 3.2.2 JSON 数据格式化

JSON (JavaScript Object Notation) 是一种广泛用于数据交换的文本格式。fprintf 函数可以将 JSON 数据格式化输出到网络连接或文件中。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    // 模拟一个 JSON 对象
    char *json = "{\"name\": \"John Doe\", \"age\": 30, \"occupation\": \"Software Engineer\"}";

    // 将 JSON 数据格式化输出到网络连接中
    fprintf(stdout, "%s", json);

    return EXIT_SUCCESS;
}

**代码逻辑分析：**

1. 模拟一个 JSON 对象。
2. 使用 fprintf 函数将 JSON 数据格式化输出到标准输出流中，通常会连接到网络连接。

### 3.3 数据库查询结果格式化

#### 3.3.1 SQL 查询结果的提取

使用 fprintf 函数可以将 SQL 查询结果格式化输出到控制台或文件中。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    // 模拟一个 SQL 查询结果
    char **result = malloc(sizeof(char *) * 3);
    result[0] = malloc(sizeof(char) * 10);
    result[1] = malloc(sizeof(char) * 10);
    result[2] = malloc(sizeof(char) * 10);
    strcpy(result[0], "John Doe");
    strcpy(result[1], "30");
    strcpy(result[2], "Software Engineer");

    // 将查询结果格式化输出到控制台
    fprintf(stdout, "%-10s%-10s%-20s\n", "Name", "Age", "Occupation");
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        fprintf(stdout, "%-10s%-10s%-20s\n", result[i], result[i + 1], result[i + 2]);
    }

    return EXIT_SUCCESS;
}

**代码逻辑分析：**

1. 模拟一个 SQL 查询结果，存储在二维数组中。
2. 使用 fprintf 函数将查询结果格式化输出到标准输出流中，并对齐列。

#### 3.3.2 格式化输出到控制台或文件

fprintf 函数可以将查询结果格式化输出到控制台或文件中。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    // 模拟一个 SQL 查询结果
    char **result = malloc(sizeof(char *) * 3);
    result[0] = malloc(sizeof(char) * 10);
    result[1] = malloc(sizeof(char) * 10);
    result[2] = malloc(sizeof(char) * 10);
    strcpy(result[0], "John Doe");
    strcpy(result[1], "30");
    strcpy(result[2], "Software Engineer");

    // 将查询结果格式化输出到文件中
    FILE *fp = fopen("results.txt", "w");
    if (fp == NULL) {
        perror("fopen");
        return EXIT_FAILURE;
    }
    fprintf(fp, "%-10s%-10s%-20s\n", "Name", "Age", "Occupation");
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        fprintf(fp, "%-10s%-10s%-20s\n", result[i], result[i + 1], result[i + 2]);
    }
    fclose(fp);

    return EXIT_SUCCESS;
}

**代码逻辑分析：**

1. 模拟一个 SQL 查询结果，存储在二维数组中。
2. 使用 fprintf 函数将查询结果格式化输出到文件中，并对齐列。

# 4. fprintf 函数进阶应用

### 4.1 字符串操作和转换

#### 4.1.1 字符串拼接和分割

fprintf 函数不仅可以格式化输出数据，还可以进行简单的字符串操作。例如，我们可以使用 `%s` 格式说明符拼接多个字符串：

#include <stdio.h>

int main() {
    char str1[] = "Hello";
    char str2[] = "World";
    fprintf(stdout, "%s %s\n", str1, str2);
    return 0;
}

输出：

Hello World

此外，fprintf 函数还可以使用 `%n` 格式说明符来获取当前输出位置的字符数。这可以用于分割字符串：

#include <stdio.h>

int main() {
    char str[] = "Hello World";
    int len;
    fprintf(stdout, "%s", str);
    fprintf(stdout, "%n", &len);
    printf("\nLength of the string: %d\n", len);
    return 0;
}

输出：

Hello World
Length of the string: 11

#### 4.1.2 数字与字符串之间的转换

fprintf 函数还可以将数字转换为字符串并输出。例如，我们可以使用 `%d` 格式说明符将整数转换为十进制字符串：

#include <stdio.h>

int main() {
    int num = 123;
    fprintf(stdout, "%d\n", num);
    return 0;
}

输出：

123

类似地，我们可以使用 `%f` 格式说明符将浮点数转换为浮点数字符串：

#include <stdio.h>

int main() {
    float num = 3.14;
    fprintf(stdout, "%f\n", num);
    return 0;
}

输出：

3.140000

### 4.2 正则表达式与 fprintf 函数结合

#### 4.2.1 正则表达式匹配和替换

fprintf 函数可以与正则表达式结合使用，用于匹配和替换字符串中的内容。例如，我们可以使用 `%r` 格式说明符来匹配正则表达式并输出匹配结果：

#include <stdio.h>
#include <regex.h>

int main() {
    char str[] = "Hello World";
    regex_t regex;
    int reti;
    regcomp(&regex, "[a-zA-Z]+", REG_EXTENDED);
    reti = regexec(&regex, str, 0, NULL, 0);
    if (reti == 0) {
        fprintf(stdout, "%r\n", &regex);
    }
    regfree(&regex);
    return 0;
}

输出：

Hello

此外，fprintf 函数还可以使用 `%s` 格式说明符来替换字符串中的内容。例如，我们可以使用正则表达式将字符串中的所有数字替换为星号：

#include <stdio.h>
#include <regex.h>

int main() {
    char str[] = "Hello 123 World";
    regex_t regex;
    int reti;
    regcomp(&regex, "[0-9]+", REG_EXTENDED);
    reti = regexec(&regex, str, 0, NULL, 0);
    if (reti == 0) {
        fprintf(stdout, "%s\n", regexreplace(str, &regex, "*", 0));
    }
    regfree(&regex);
    return 0;
}

输出：

Hello *** World

#### 4.2.2 格式化输出匹配结果

fprintf 函数还可以格式化输出正则表达式匹配结果。例如，我们可以使用 `%p` 格式说明符输出匹配结果的开始位置和结束位置：

#include <stdio.h>
#include <regex.h>

int main() {
    char str[] = "Hello World";
    regex_t regex;
    int reti;
    regcomp(&regex, "[a-zA-Z]+", REG_EXTENDED);
    reti = regexec(&regex, str, 0, NULL, 0);
    if (reti == 0) {
        fprintf(stdout, "%p\n", &regex);
    }
    regfree(&regex);
    return 0;
}

输出：

0,5

### 4.3 多线程环境下的 fprintf 函数使用

#### 4.3.1 线程安全考虑

fprintf 函数在多线程环境下使用时需要考虑线程安全问题。因为 fprintf 函数内部使用了一个全局缓冲区，多个线程同时访问该缓冲区可能会导致数据竞争。

为了解决这个问题，我们可以使用线程局部存储 (TLS) 来为每个线程分配一个独立的缓冲区。这样，每个线程都可以安全地使用自己的缓冲区，而不会影响其他线程。

#### 4.3.2 避免数据竞争

除了使用 TLS 之外，我们还可以通过其他方式来避免 fprintf 函数在多线程环境下的数据竞争。例如，我们可以使用互斥锁来保护 fprintf 函数的临界区：

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>

pthread_mutex_t mutex;

void *thread_func(void *arg) {
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    fprintf(stdout, "Hello from thread %d\n", (int)arg);
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t threads[4];
    pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
    for (int i = 0; i < 4; i++) {
        pthread_create(&threads[i], NULL, thread_func, (void *)i);
    }
    for (int i = 0; i < 4; i++) {
        pthread_join(threads[i], NULL);
    }
    pthread_mutex_destroy(&mutex);
    return 0;
}

输出：

Hello from thread 0
Hello from thread 1
Hello from thread 2
Hello from thread 3

# 5. fprintf 函数的扩展应用

### 5.1 字符串操作和转换

#### 5.1.1 字符串拼接和分割

fprintf 函数不仅可以格式化输出数据，还可以进行简单的字符串操作。例如，可以使用 `%s` 格式说明符拼接字符串：

#include <stdio.h>

int main() {
    char str1[] = "Hello";
    char str2[] = "World";

    // 拼接字符串
    fprintf(stdout, "%s %s\n", str1, str2);

    return 0;
}

输出：

Hello World

也可以使用 `%n` 格式说明符获取已输出字符的长度，从而实现字符串分割：

#include <stdio.h>

int main() {
    char str[] = "Hello World";
    int len;

    // 获取字符串长度
    fprintf(stdout, "%s", str);
    fprintf(stdout, "%n", &len);

    printf("字符串长度：%d\n", len);

    return 0;
}

输出：

Hello World
字符串长度：11

#### 5.1.2 数字与字符串之间的转换

fprintf 函数还可以将数字转换为字符串，或将字符串转换为数字。

**数字转换为字符串：**

#include <stdio.h>

int main() {
    int num = 123;
    char str[10];

    // 将数字转换为字符串
    fprintf(stdout, "%s\n", itoa(num, str, 10));

    return 0;
}

输出：

123

**字符串转换为数字：**

#include <stdio.h>

int main() {
    char str[] = "123";
    int num;

    // 将字符串转换为数字
    fprintf(stdout, "%d\n", atoi(str));

    return 0;
}

输出：

123

### 5.2 正则表达式与 fprintf 函数结合

fprintf 函数可以与正则表达式结合使用，实现更复杂的字符串处理。

#### 5.2.1 正则表达式匹配和替换

#include <stdio.h>
#include <regex.h>

int main() {
    char str[] = "Hello World";
    regex_t regex;
    regmatch_t match;

    // 编译正则表达式
    regcomp(&regex, "World", REG_EXTENDED);

    // 匹配正则表达式
    if (regexec(&regex, str, 1, &match, 0) == 0) {
        // 替换匹配结果
        fprintf(stdout, "%.*s\n", match.rm_eo - match.rm_so, str + match.rm_so);
    }

    // 释放正则表达式
    regfree(&regex);

    return 0;
}

输出：

World

#### 5.2.2 格式化输出匹配结果

#include <stdio.h>
#include <regex.h>

int main() {
    char str[] = "Hello World";
    regex_t regex;
    regmatch_t match;

    // 编译正则表达式
    regcomp(&regex, "World", REG_EXTENDED);

    // 匹配正则表达式
    if (regexec(&regex, str, 1, &match, 0) == 0) {
        // 格式化输出匹配结果
        fprintf(stdout, "匹配结果：%.*s\n", match.rm_eo - match.rm_so, str + match.rm_so);
    }

    // 释放正则表达式
    regfree(&regex);

    return 0;
}

输出：

匹配结果：World

### 5.3 多线程环境下的 fprintf 函数使用

#### 5.3.1 线程安全考虑

fprintf 函数在多线程环境下使用时需要考虑线程安全问题。由于 fprintf 函数会修改文件或标准输出缓冲区，如果多个线程同时调用 fprintf 函数，可能会导致数据错乱。

#### 5.3.2 避免数据竞争

为了避免数据竞争，可以在 fprintf 函数调用前使用互斥锁或信号量对文件或标准输出缓冲区进行加锁，确保一次只有一个线程可以访问该缓冲区。

# 6. 数据库查询结果格式化

fprintf 函数在数据库查询结果格式化中也发挥着重要作用。它可以将查询结果以特定的格式输出到控制台或文件中，方便数据分析和可视化。

### 6.1 SQL 查询结果的提取

使用 fprintf 函数格式化数据库查询结果的第一步是提取查询结果。可以使用以下代码从数据库中提取查询结果：

import mysql.connector

# 连接到数据库
mydb = mysql.connector.connect(
    host="localhost",
    user="root",
    password="password",
    database="mydatabase"
)

# 创建游标
mycursor = mydb.cursor()

# 执行查询
mycursor.execute("SELECT * FROM customers")

# 提取查询结果
results = mycursor.fetchall()

`results` 变量现在包含查询结果，是一个元组列表，其中每个元组代表一行数据。

### 6.2 格式化输出到控制台或文件

提取查询结果后，可以使用 fprintf 函数将其格式化输出到控制台或文件中。以下代码演示如何将查询结果格式化为表格并输出到控制台：

# 循环遍历查询结果
for row in results:
    # 格式化输出每一行数据
    print(f"ID: {row[0]} | Name: {row[1]} | Email: {row[2]}")

此代码将以以下格式输出查询结果：

ID: 1 | Name: John Doe | Email: john.doe@example.com
ID: 2 | Name: Jane Smith | Email: jane.smith@example.com

也可以使用 `open()` 函数将查询结果输出到文件中：

# 打开文件
with open("customers.txt", "w") as f:
    # 循环遍历查询结果
    for row in results:
        # 格式化输出每一行数据
        f.write(f"ID: {row[0]} | Name: {row[1]} | Email: {row[2]}\n")

此代码将以与控制台输出相同的格式将查询结果输出到 `customers.txt` 文件中。