如何在 printf 中处理 float/double 到 int 的转换？答案

【问题标题】：How is conversion of float/double to int handled in printf?如何在 printf 中处理 float/double 到 int 的转换？
【发布时间】：2011-01-24 19:44:02
【问题描述】：

考虑这个程序

int main()
{
        float f = 11.22;
        double d = 44.55;
        int i,j;

        i = f;         //cast float to int
        j = d;         //cast double to int

        printf("i = %d, j = %d, f = %d, d = %d", i,j,f,d);
        //This prints the following:
        // i = 11, j = 44, f = -536870912, d = 1076261027

        return 0;
}

有人能解释一下为什么从 double/float 到 int 的转换在第一种情况下可以正常工作，而在 printf 中则不能正常工作吗？
该程序是在 32 位 linux 机器上的 gcc-4.1.2 上编译的。

编辑： Zach's answer 似乎合乎逻辑，即使用格式说明符来确定要从堆栈中弹出什么。但是，请考虑以下后续问题：

int main()
{

    char c = 'd';    // sizeof c is 1, however sizeof character literal
                     // 'd' is equal to sizeof(int) in ANSI C

    printf("lit = %c, lit = %d , c = %c, c = %d", 'd', 'd', c, c);
    //this prints: lit = d, lit = 100 , c = d, c = 100
    //how does printf here pop off the right number of bytes even when
    //the size represented by format specifiers doesn't actually match 
    //the size of the passed arguments(char(1 byte) & char_literal(4 bytes))    

 return 0;
}

这是如何工作的？

【问题讨论】：

我也有类似的疑问。看到这个线程：stackoverflow.com/questions/2377733/how-does-this-program-work
char 是单个字符 - 它只是一个 8 位整数。当您对小于 int 的整数类型执行任何类型的操作时，它们将被提升为整数。这包括调用函数时。所以实际上它不是随机的机会导致你的 printf 调用工作，这种行为是定义的。实际上，在大多数 C ABI 中，您总是为堆栈上传递的每个变量分配至少一个机器字。
@SurajJain 是的，<stdarg> 参数传递只考虑根据默认参数提升（C11 §6.5.2.2/6，§7.16.1.1/2）提升的类型，这确实保证了char和int 兼容。但是，这与用于算术的提升并不完全相同。此外，根据 ABI 来推理语言是危险的。确认没问题确实需要检查规则。
@Potatoswatter 我的评论是怎么被删除的？
@SurajJain 很奇怪。这个网站有很多版主，有时事情会随机消失。

标签： c

【解决方案1】：

因为您没有使用浮点格式说明符，请尝试：

printf("i = %d, j = %d, f = %f, d = %f", i,j,f,d);

否则，如果您想要 4 个整数，则必须在将参数传递给 printf 之前强制转换它们：

printf("i = %d, j = %d, f = %d, d = %d", i,j,(int)f,(int)d);

【讨论】：

【解决方案2】：

printf 函数使用格式说明符来确定要从堆栈中弹出的内容。所以当它看到%d时，它会弹出4个字节并将它们解释为int，这是错误的（(float)3.0的二进制表示与(int)3不同）。

您需要使用%f 格式说明符或将参数转换为int。如果您使用的是足够新的gcc 版本，那么打开更强的警告会捕获此类错误：

$ gcc -Wall -Werror test.c
cc1: warnings being treated as errors
test.c: In function ‘main’:
test.c:10: error: implicit declaration of function ‘printf’
test.c:10: error: incompatible implicit declaration of built-in function ‘printf’
test.c:10: error: format ‘%d’ expects type ‘int’, but argument 4 has type ‘double’
test.c:10: error: format ‘%d’ expects type ‘int’, but argument 5 has type ‘double’

对问题中已编辑部分的回复：

C 的整数提升规则说，所有小于int 的类型在作为可变参数传递时都会提升为int。因此，在您的情况下，'d' 被提升为int，然后 printf 弹出int 并转换为char。对于这种行为，我能找到的最佳参考是 this blog entry。

【讨论】：

我有一个后续问题，请参阅我问题的编辑部分。如果问题不清楚，请发表评论...谢谢
确实，char 参数在传入参数列表的变量部分时会提升为 int（这是在示例中传递 c 时发生的情况），但是字符文字常量（如'd'）已经是int 类型。（另请注意，理论上，在某些编译器下，char 参数可以提升为 unsigned int。
好答案。这种行为不是 printf 特有的，而是适用于所有可变参数函数。它的工作原理是有据可查的 va_arg 手册页，包括将字符提升为 int。作为使用示例，您可以在stackoverflow.com/questions/1688942 中查看我的回答
第一句是特定于实现的（现在前几个参数不太常见），一些参数是通过寄存器传递的

【解决方案3】：

printf 使用可变长度参数列表，这意味着您需要提供类型信息。您提供了错误的信息，因此会感到困惑。 Jack 提供了实用的解决方案。

【讨论】：

【解决方案4】：

Jack's answer 解释了如何解决您的问题。我将解释为什么你会得到意想不到的结果。您的代码相当于：

float f = 11.22;
double d = 44.55;
int i,j,k,l;

i = (int) f;
j = (int) d;
k = *(int *) &f;         //cast float to int
l = *(int *) &d;         //cast double to int

printf("i = %d, j = %d, f = %d, d = %d", i,j,k,l);

原因是f和d作为值传递给printf，然后这些值被解释为ints。这不会更改二进制值，因此显示的数字是float 或double 的二进制表示。从float 到int 的实际转换在生成的程序集中要复杂得多。

【讨论】：

可能会帮助他理解他的输出，但代码不等价。您不能为错误解释 printf 或任何可变参数函数编写等效代码，同时仍在调用可变参数函数。
我的代码做了（对我来说，也可能对他来说）他的代码正在做的事情（对他来说）。两者都是未定义的行为，因此两者都不能保证做任何特别的事情。

【解决方案5】：

没有“在printf 中转换为int”这样的东西。 printf 不做也不能做任何铸造。不一致的格式说明符会导致未定义的行为。

实际上printf 只是接收原始数据并重新解释它作为格式说明符所隐含的类型。如果您将double 值传递给它并指定int 格式说明符（如%d），printf 将采用double 值并盲目地将其重新解释为int。结果将是完全不可预测的（这就是为什么这样做会在 C 中正式导致未定义的行为）。

【讨论】：

当然可以投射——为什么不呢？所有的信息都在那里。编译器比我们更了解参数类型（有人提到默认提升吗？），并且转换说明符是标准的一部分。它不能正确转换的部分原因是历史原因（最初的 C 编译器过于简单，无法进行此类分析），现在的更改甚至可能会破坏依赖于重新解释的代码。
@Peter A. Schneider：真的吗？格式字符串是运行时值的情况呢？即使“转换说明符是标准的一部分”，您如何期望编译器“转换”任何内容？更一般地说，这是 C 语言设计的一个基本原则：它的标准库不依赖于编译器的“神奇”特性（也许只有少数例外）。几乎每个库功能都可以由用户用 C 语言本身实现。只要 C 语言遵循这一基本原则，printf 就不会被任何编译器魔法“增强”。
诚然，我没有想到运行时格式字符串（因为实际上：您最后一次使用它是什么时候？）。但是标准可以区分这些情况——看看他们对sizeof做了什么。至于演员表：很明显，编译器通常知道如何转换类型，所以我在这里无法检测到任何额外的魔法；而且我也认为演员可能无论如何都可以用C来实现。就像一个大的 if/else if 切换转换运算符，然后进行适当的强制转换。突破性的变化宁愿是省略号原型的语义变化。
作为实现的建议，我设想在最后声明的参数之后的参数类型已知/可以在编译时推断的情况下（如在静态格式字符串 printf 中），编译器使用给定类型的给定数量的参数创建一个未命名的函数原型，并像对待任何其他普通函数一样对待这些参数；例如当参数与推断的参数类型不兼容时，它拒绝编译或链接。这可能类似于现代 C++ 中的某些类型推断实例，即存在机制。

【解决方案6】：

您的后续代码有效的原因是字符常量在被压入堆栈之前被提升为 int。所以 printf 为 %c 和 %d 弹出 4 个字节。事实上，字符常量是 int 类型，而不是 char 类型。 C 那样奇怪。

【讨论】：

【解决方案7】：

值得注意的是printf，作为一个具有可变长度参数列表的函数，从不接收浮点数；浮点参数是“老派”提升为双精度。

最近的标准草案首先引入了“老派”默认促销（n1570，6.5.2.2/6）：

如果表示被调用函数的表达式有一个类型不包括原型，整数提升在每个参数和具有浮点类型的参数都被提升为双倍的。这些被称为默认参数提升。

然后讨论变量参数列表（6.5.2.2/7）：

函数原型声明器中的省略符号导致参数在最后一个声明的参数之后停止类型转换。 默认参数提升是在尾随参数上执行的。

printf 的后果是不可能“打印”真正的浮点数。浮点表达式总是提升为双精度，对于 IEEE 754 实现来说是一个 8 字节的值。此促销发生在呼叫方；当 printf 开始执行时，栈上已经有一个 8 字节的参数了。

如果我们将 11.22 分配给一个 double 并检查其内容，使用我的 x86_64-pc-cygwin gcc 我会看到字节序列 000000e0a3702640。

这解释了printf 打印的 int 值：此目标上的 Int 仍然有 4 个字节，因此仅计算前四个字节 000000e0，并且再次以小端序计算，即 0xe0000000。这是十进制的 -536870912。

如果我们反转所有 8 个字节，因为英特尔处理器也以小端存储双精度，我们得到 402670a3e0000000。我们可以检查这个字节序列在IEEE格式on this web site中所代表的值；它接近 1.122E1，即 11.22，即预期结果。

【讨论】：