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? ? 一、前言
在嵌入式項目開發(fā)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(shù)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(guān)鍵場合，字符串的格式化效率會對整個系統(tǒng)產(chǎn)生顯著的影響。
例如：在一個日志系統(tǒng)中，吞吐率是一個重要的性能指標。每個功能模塊都產(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(guān)鍵了。
天下武功，唯快不破！
這篇文章就專門來聊一聊把數(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(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、一千萬次呢？
三、測試1：手動格式化數(shù)字
1. 獲取系統(tǒng)時間戳函數(shù)
我的測試環(huán)境是：在 Win10 中通過 VirtualBox，安裝了 Ubuntu16.04 虛擬機，使用系統(tǒng)自帶的 gcc 編譯器。
為了測試代碼執(zhí)行的耗時，我們寫一個簡單的函數(shù)：獲取系統(tǒng)的時間戳，通過計算時間差值來看一下代碼的執(zhí)行速度。
// 獲取系統(tǒng)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(xiàn)格式化數(shù)字的函數(shù)
// buff： 格式化之后字符串存儲地址；// value： 待格式化的數(shù)字void Long2String（char *buff， long value）{ long tmp; char tmpBuf［32］ = { 0 }; // p 指向臨時數(shù)組的最后一個位置 char *p = &tmpBuf［sizeof（tmpBuf） - 1］; while （value ！= 0） { tmp = value / 10; // 把一個數(shù)字轉(zhuǎn)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(shù)組中的每個字符，復制到 buff 中。 while （*p） *buff++ = *p++;}
這個函數(shù)的過程很簡單，從數(shù)字的后面開始，把每一個數(shù)字轉(zhuǎn)成 ASCII 碼，放到一個臨時數(shù)組中（也是從后往前放），最后統(tǒng)一復制到形參指針 buff 指向的空間。
3. 測試代碼
int main（）{ printf（“l(fā)ong 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(zhí)行結(jié)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(shù)字格式化成字符串：
使用 sprintf 庫函數(shù)，耗時 1675761 us;
使用自己寫的 Long2String 函數(shù)，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(jié)果，這與系統(tǒng)的負載等有關(guān)系，可以多測試幾次。
四、測試2：混合格式化字符串和數(shù)字
看起來使用自己寫的 Long2String 函數(shù)執(zhí)行速度更快一些，但是它有一個弊端，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字符串，應該如何處理？
如果使用 sprintf 庫函數(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(zhí)行效率如何呢？繼續(xù)測試：
int main（）{ printf（“l(fā)ong 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(zhí)行結(jié)果對比：
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，即使拆分成多個步驟來執(zhí)行，使用 Long2String 函數(shù)也會更快一些！
五、sprintf 的實現(xiàn)機制
sprintf 函數(shù)家族中，存在著一系列的函數(shù)，其底層是通過可變參數(shù)來實現(xiàn)的。之前寫過一篇文章一個printf（結(jié)構(gòu)體指針）引發(fā)的血案，其中的第四部分，使用圖片詳細描述了可變參數(shù)的實現(xiàn)原理，摘抄如下。
1. 可變參數(shù)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(shù)的處理過程
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
C語言中函數(shù)調(diào)用時，參數(shù)是從右到左、逐個壓入到棧中的，因此在進入 my_printf_int 的函數(shù)體中時，棧中的布局如下：
Step2： 執(zhí)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(jié)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(zhuǎn)成 char* 類型，再然后加上 num 占據(jù)的字節(jié)數(shù)（4個字節(jié)），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(shù)字 1 的那個地址，也就是第一個參數(shù)，如下圖所示：
Step3： 執(zhí)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(jié)合下面的圖來分析一下：先把 arg 自增 int 型數(shù)據(jù)的大?。?個字節(jié)），使得 arg = 0x01020308；然后再把這個地址（0x01020308）減去4個字節(jié)，得到的地址（0x01020304）里的這個值，強轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)，然后把 arg 指向位于高地址處的下一個參數(shù)位置。
va_arg 可以反復調(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(shè)置為空。因為棧中的所有動態(tài)參數(shù)被提取后，arg 的值為 0x01020310（最后一個參數(shù)的上一個地址），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)鍵場景下，能明顯提高執(zhí)行效率。
編輯：黃飛
工商網(wǎng)監(jiān)
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