? ?　一、前言

　　在嵌入式項目開發中，字符串格式化是很常見的操作，我們一般都會使用 C 庫中的 sprintf 系列函數來完成格式化。

　　從功能上來說，這是沒有問題的，但是在一些時間關鍵場合，字符串的格式化效率會對整個系統產生顯著的影響。

　　例如：在一個日志系統中，吞吐率是一個重要的性能指標。每個功能模塊都產生了大量的日志信息，日志系統需要把時間戳添加到每條日志的頭部，此時字符串的格式化效率就比較關鍵了。

　　天下武功，唯快不破！

　　這篇文章就專門來聊一聊把數字格式化成字符串，可以有什么更好的方法。也許技術含量不高，但是很實用！

　　二、最簡單的格式化

　　#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 型數值的最大值。代碼在眨眼功夫之間就執行結束了，但是如果是一百萬、一千萬次呢？

　　三、測試1：手動格式化數字

　　1. 獲取系統時間戳函數

　　我的測試環境是：在 Win10 中通過 VirtualBox，安裝了 Ubuntu16.04 虛擬機，使用系統自帶的 gcc 編譯器。

　　為了測試代碼執行的耗時，我們寫一個簡單的函數：獲取系統的時間戳，通過計算時間差值來看一下代碼的執行速度。

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

　　2. 實現格式化數字的函數

　　// buff： 格式化之后字符串存儲地址；// value： 待格式化的數字void Long2String（char *buff， long value）{ long tmp; char tmpBuf［32］ = { 0 }; // p 指向臨時數組的最后一個位置 char *p = &tmpBuf［sizeof（tmpBuf） - 1］; while （value ！= 0） { tmp = value / 10; // 把一個數字轉成 ASCII 碼，放到 p 指向的位置。 // 然后 p 往前移動一個位置。 *--p = （char）（‘0’ + （value - tmp * 10））; value = tmp; }

　　// 把臨時數組中的每個字符，復制到 buff 中。 while （*p） *buff++ = *p++;}

　　這個函數的過程很簡單，從數字的后面開始，把每一個數字轉成 ASCII 碼，放到一個臨時數組中（也是從后往前放），最后統一復制到形參指針 buff 指向的空間。

　　3. 測試代碼

　　int main（）{ printf（“long size = %d， LONG_MAX = %ld

　　”， sizeof（long）， LONG_MAX）; // 測試 1000 萬次 int total = 1000 * 10000; char buff1［32］ = { 0 }; char buff2［32］ = { 0 };

　　// 測試 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. 執行結果對比

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

　　也就是說：把一個 long 型數字格式化成字符串：

　　使用 sprintf 庫函數，耗時 1675761 us;

　　使用自己寫的 Long2String 函數，耗時 527728 us；

　　大概是 3 倍左右的差距。當然，在你的電腦上可能會得到不同的結果，這與系統的負載等有關系，可以多測試幾次。

　　四、測試2：混合格式化字符串和數字

　　看起來使用自己寫的 Long2String 函數執行速度更快一些，但是它有一個弊端，就是只能格式化數字。

　　如果我們需要把字符串和數字一起格式化成一個字符串，應該如何處理？

　　如果使用 sprintf 庫函數，那非常方便：

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

　　如果繼續使用 Long2String 函數，那么就要分步來格式化，例如：

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

　　以上兩種方式都能達到目的，那執行效率如何呢？繼續測試：

　　int main（）{ printf（“long size = %d， LONG_MAX = %ld

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

　　// 測試 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;}

　　執行結果對比：

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

　　執行速度仍然是 3 倍左右的差距。就是說，即使拆分成多個步驟來執行，使用 Long2String 函數也會更快一些！

　　五、sprintf 的實現機制

　　sprintf 函數家族中，存在著一系列的函數，其底層是通過可變參數來實現的。之前寫過一篇文章一個printf（結構體指針）引發的血案，其中的第四部分，使用圖片詳細描述了可變參數的實現原理，摘抄如下。

　　1. 可變參數的幾個宏定義

　　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 char* 型指針。

　　2. 可變參數的處理過程

　　我們以剛才的示例 my_printf_int 函數為例，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： 函數調用時

　　C語言中函數調用時，參數是從右到左、逐個壓入到棧中的，因此在進入 my_printf_int 的函數體中時，棧中的布局如下：

　　Step2： 執行 va_start

　　va_start（arg， num）;

　　把上面這語句，帶入下面這宏定義：

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

　　宏擴展之后得到：

　　arg = （char *）num + sizeof（num）;

　　結合下面的圖來分析一下：首先通過 _ADDRESSOF 得到 num 的地址 0x01020300，然后強轉成 char* 類型，再然后加上 num 占據的字節數（4個字節），得到地址 0x01020304，最后把這個地址賦值給 arg，因此 arg 這個指針就指向了棧中數字 1 的那個地址，也就是第一個參數，如下圖所示：

　　Step3： 執行 va_arg

　　val = va_arg（arg， int）;

　　把上面這語句，帶入下面這宏定義：

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

　　宏擴展之后得到：

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

　　結合下面的圖來分析一下：先把 arg 自增 int 型數據的大小（4個字節），使得 arg = 0x01020308；然后再把這個地址（0x01020308）減去4個字節，得到的地址（0x01020304）里的這個值，強轉成 int 型，賦值給 val，如下圖所示：

　　簡單理解，其實也就是：得到當前 arg 指向的 int 數據，然后把 arg 指向位于高地址處的下一個參數位置。

　　va_arg 可以反復調用，直到獲取棧中所有的函數傳入的參數。

　　Step4： 執行 va_end

　　va_end（arg）;

　　把上面這語句，帶入下面這宏定義：

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

　　宏擴展之后得到：

　　arg = （char *）0;

　　這就好理解了，直接把指針 arg 設置為空。因為棧中的所有動態參數被提取后，arg 的值為 0x01020310（最后一個參數的上一個地址），如果不設置為 NULL 的話，下面使用的話就得到未知的結果，為了防止誤操作，需要設置為NULL。

　　六、總結

　　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。但是在一些關鍵場景下，能明顯提高執行效率。

　　編輯：黃飛