glibc中几个数值处理函数

ceil/floor/rint/round,这几个C的数值处理函数,我们通常用它们来取整某个特定的浮点数。


— Function: double ceil (double x)

These functions round x upwards to the nearest integer, returning that value as a double. Thus, ceil (1.5) is 2.0.


— Function: double floor (double x)


These functions round x downwards to the nearest integer, returning that value as a double. Thus, floor (1.5) is 1.0 and floor (-1.5) is -2.0.


— Function: double rint (double x)

These functions round x to an integer value according to the current rounding mode.The default rounding mode is to round to the nearest integer; some machines support other modes, but round-to-nearest is always used unless you explicitly select another.


— Function: double round (double x)

These functions are similar to rint, but they round halfway cases away from zero instead of to the nearest integer (or other current rounding mode).


Examples:


1. 请注意rint(+/-0.5)和round(+/-0.5)之间的区别(对于+/-0.5,round函数总是返回远离0的值):

  0.3 0.5 0.6 -0.3 -0.5 -0.6
ceil 1 1 1 -0 -0 -0
floor 0 0 0 -1 -1 -1
rint 0 0 1 -0 -0 -1
round 0 1 1 -0 -1 -1

2. rint和round此时相同:

  1.3 1.5 1.6 -1.3 -1.5 -1.6
ceil 2 2 2 -1 -1 -1
floor 1 1 1 -2 -2 -2
rint 1 2 2 -1 -2 -2
round 1 2 2 -1 -2 -2

<think>好的,用户现在想了解的是`snprintf`函数的源码。之前他们问过十进制转十六进制的问题,我给出了几种方法,其中提到了使用`sprintf`和`snprintf`。现在他们可能想更深入底层,了解这个函数是如何实现的。 首先,我需要考虑用户的背景。他们可能已经有一定的C语言基础,知道如何使用这些函数,现在想深入理解内部机制。可能的动机包括学习底层编程、调试问题,或者优化代码。另外,用户可能对缓冲区溢出安全问题感兴趣,因为`snprintf`相比`sprintf`更安全,限制了写入长度。 接下来,我得回忆`snprintf`的功能。它的主要作用是将格式化的数据写入字符串,但限制了最大字符数,防止溢出。需要分析它的参数:目标缓冲区、大小、格式字符串和可变参数。源码实现通常涉及解析格式字符串,处理各种格式说明符(如%d, %s, %x等),并管理缓冲区的写入位置和剩余空间。 考虑到用户可能需要的是实现思路而非某个特定库的源码,因为不同标准库(如glibc, musl, newlib)的实现不同,直接贴源码可能复杂且难以理解。我应该提供一个简化的实现框架,重点展示关键逻辑,比如可变参数处理、缓冲区边界检查、格式解析等。 另外,用户可能对安全性措施感兴趣,比如如何确保不越界写入,如何处理截断情况(返回值与实际需要写入的长度比较)。需要解释这些机制是如何在源码中实现的,比如在写入每个字符前检查剩余空间,或者在处理字符串参数时计算长度并判断是否超过剩余空间。 还需要讨论一些注意事项,比如返回值的行为,当缓冲区不足时是否添加终止符,以及不同标准库实现的差异。用户可能在跨平台开发时遇到问题,了解这些细节有助于他们编写更健壮的代码。 最后,总结应用场景,比如安全编程、日志系统或嵌入式开发,帮助用户理解何时需要使用`snprintf`以及如何有效利用其特性。同时,对比`snprintf`和`snprintf_s`(C11 Annex K)可以扩展他们的知识,了解更安全的版本。</think>在C标准库中,`snprintf`函数的源码实现涉及较复杂的格式化处理逻辑。虽然不同标准库(如glibc/musl/newlib)的实现细节不同,但核心原理一致。以下是对其实现原理的深度解析(基于glibc简化逻辑): --- ### 一、函数原型 ```c int snprintf(char *str, size_t size, const char *format, ...); ``` *功能*:将**格式化后的字符串**写入缓冲区,**最多写入size-1个字符**,自动追加`\0`终止符 --- ### 二、关键实现步骤 #### 1. 参数解析框架 ```c #include <stdarg.h> int vsnprintf(char *str, size_t size, const char *format, va_list ap) { struct buffer buf = { .ptr = str, .size = size }; while (*format) { if (*format != '%') { // 普通字符直接写入 buf_putc(&buf, *format++); continue; } // 解析格式说明符(如%04d、%.2f等) struct format_spec spec = parse_format(&format); // 处理不同类型参数 switch (spec.type) { case 'd': handle_int(&buf, spec, va_arg(ap, int)); break; case 's': handle_string(&buf, spec, va_arg(ap, char*)); break; // ... 其他类型处理 } } return buf.total; // 返回总字符数(不含终止符) } int snprintf(char *str, size_t size, const char *fmt, ...) { va_list ap; va_start(ap, fmt); int ret = vsnprintf(str, size, fmt, ap); va_end(ap); return ret; } ``` #### 2. 缓冲区管理结构 ```c struct buffer { char *ptr; // 目标缓冲区指针 size_t size; // 缓冲区总容量 size_t count; // 已写入字符数 size_t total; // 总需求字符数(不考虑size限制) }; // 字符写入函数 static void buf_putc(struct buffer *buf, char c) { buf->total++; // 总是计数总需求 if (buf->count < buf->size) { buf->ptr[buf->count++] = c; } } // 字符串写入函数 static void buf_puts(struct buffer *buf, const char *s, int len) { buf->total += len; int avail = buf->size - buf->count; int copy_len = len < avail ? len : avail; if (copy_len > 0) { memcpy(buf->ptr + buf->count, s, copy_len); buf->count += copy_len; } } ``` #### 3. 整数处理示例(以%d为例) ```c static void handle_int(struct buffer *buf, struct format_spec spec, int val) { char tmp[32]; // 临时存储转换结果 int len = int_to_str(tmp, val, spec); // 根据spec格式化整数 // 处理字段宽度和对齐 if (spec.width > len) { int pad = spec.width - len; if (!spec.left_align) { buf_fill(buf, ' ', pad); // 左侧填充 } buf_puts(buf, tmp, len); if (spec.left_align) { buf_fill(buf, ' ', pad); // 右侧填充 } } else { buf_puts(buf, tmp, len); } } ``` --- ### 三、安全机制实现 1. **缓冲区边界检查**: - 每个字符写入前检查`count < size` - 字符串写入时计算`min(剩余空间, 字符串长度)` 2. **终止符保证**: ```c // 在vsnprintf返回前添加终止符 if (buf.size > 0) { buf.ptr[buf.count < buf.size ? buf.count : buf.size-1] = '\0'; } ``` 3. **返回值设计**: - 返回`total`(需要的总长度,不含终止符) - 当`total >= size`时表示被截断 --- ### 四、关键优化技术 1. **双重计数机制**: - `count`记录实际写入量 - `total`记录理论需求值(避免二次计算) 2. **临时缓冲区**: - 复杂类型(如浮点数)先转换到临时数组 - 避免频繁操作主缓冲区 3. **格式解析状态机**: ```c // 格式说明符解析状态机示例 enum parse_state { STATE_NORMAL, STATE_FLAGS, STATE_WIDTH, STATE_PRECISION, STATE_LENGTH, STATE_SPECIFIER }; ``` --- ### 五、特殊场景处理 1. **size=0的特殊情况**: ```c if (size == 0) { // 仍然计算total但不写入任何内容 buf.ptr = NULL; buf.size = 0; } ``` 2. **空指针处理**: ```c if (str == NULL && size != 0) { // 符合C99标准:允许str=NULL时忽略size size = 0; } ``` 3. **超大数值处理**: - 使用`uintmax_t`和`intmax_t`处理所有整数类型 - 浮点数使用`long double`中间类型 --- ### 六、与sprintf的对比 | 特性 | sprintf | snprintf | |---------------------|------------------|------------------| | 缓冲区溢出保护 | ❌ 无 | ✅ 有 | | 返回值意义 | 返回写入字符数 | 返回需求字符数 | | 空指针处理 | 未定义行为 | 明确允许str=NULL | | C标准版本 | C89 | C99 | --- ### 七、应用场景建议 1. **安全关键系统**:必须使用`snprintf`替代`sprintf` 2. **协议组装**:精确控制数据包长度时 3. **日志系统**:配合返回值判断截断 ```c char log_buf[256]; int needed = snprintf(log_buf, sizeof(log_buf), ...); if (needed >= sizeof(log_buf)) { // 触发日志扩容机制 } ``` --- ### 八、延伸扩展(C11 Annex K) 更安全的`snprintf_s`函数: ```c errno_t snprintf_s(char *str, rsize_t n, const char *format, ...); ``` *增强特性*: - 当`n=0`时触发运行时约束违规 - 检测`format`是否为NULL指针 - 限制格式字符串中的转换说明符数量 --- 如果需要研究具体实现,可以参考: 1. **glibc源码**:`stdio-common/vsnprintf.c` 2. **musl libc实现**:`src/stdio/vsnprintf.c` 3. **OpenBSD实现**:`lib/libc/stdio/vsnprintf.c`(以安全性著称)
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