如何把数字格式化成字符串
一、前言
二、最简单的格式化
三、测试1：手动格式化数字
四、测试2：混合格式化字符串和数字
五、sprintf 的实现机制
六、总结
一、前言
在嵌入式项目开发中，字符串格式化是很常见的操作，我们一般都会使用 c 库中的 sprintf 系列函数来完成格式化。
从功能上来说，这是没有问题的，但是在一些时间关键场合，字符串的格式化效率会对整个系统产生显著的影响。
例如：在一个日志系统中，吞吐率是一个重要的性能指标。每个功能模块都产生了大量的日志信息，日志系统需要把时间戳添加到每条日志的头部，此时字符串的格式化效率就比较关键了。
天下武功，唯快不破！
这篇文章就专门来聊一聊把数字格式化成字符串，可以有什么更好的方法。也许技术含量不高，但是很实用！
二、最简单的格式化
#include #include #include #include int main(){ char buff[32] = { 0 }; sprintf(buff, %ld, long_max); printf(buff = %s , buff);}
其中，long_max 表示 long 型数值的最大值。代码在眨眼功夫之间就执行结束了，但是如果是一百万、一千万次呢？
三、测试1：手动格式化数字
1. 获取系统时间戳函数
我的测试环境是：在 win10 中通过 virtualbox，安装了 ubuntu16.04 虚拟机，使用系统自带的 gcc 编译器。
为了测试代码执行的耗时，我们写一个简单的函数：获取系统的时间戳，通过计算时间差值来看一下代码的执行速度。
// 获取系统时间戳long long getsystimestamp(){ struct timeval tv; gettimeofday(&tv, 0); long long ts = (long long)tv.tv_sec * 1000000 + tv.tv_usec; return ts; }
2. 实现格式化数字的函数
// buff: 格式化之后字符串存储地址；// value: 待格式化的数字void long2string(char *buff, long value){ long tmp; char tmpbuf[32] = { 0 }; // p 指向临时数组的最后一个位置 char *p = &tmpbuf[sizeof(tmpbuf) - 1]; while (value != 0) { tmp = value / 10; // 把一个数字转成 ascii 码，放到 p 指向的位置。 // 然后 p 往前移动一个位置。 *--p = (char)('0' + (value - tmp * 10)); value = tmp; } // 把临时数组中的每个字符，复制到 buff 中。 while (*p) *buff++ = *p++;}
这个函数的过程很简单，从数字的后面开始，把每一个数字转成 ascii 码，放到一个临时数组中(也是从后往前放)，最后统一复制到形参指针 buff 指向的空间。
3. 测试代码
int main(){ printf(long size = %d, long_max = %ld, sizeof(long), long_max); // 测试 1000 万次 int total = 1000 * 10000; char buff1[32] = { 0 }; char buff2[32] = { 0 }; // 测试 sprintf long long start1 = getsystimestamp(); for (int i = 0; i < total; ++i) sprintf(buff1, %ld, long_max); printf(sprintf ellapse: %lld us , getsystimestamp() - start1); // 测试 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. 执行结果对比
long size = 4, long_max = 2147483647sprintf ellapse: 1675761 us long2string ellapse: 527728 us
也就是说：把一个 long 型数字格式化成字符串:
使用 sprintf 库函数，耗时 1675761 us;
使用自己写的 long2string 函数，耗时 527728 us；
大概是 3 倍左右的差距。当然，在你的电脑上可能会得到不同的结果，这与系统的负载等有关系，可以多测试几次。
四、测试2：混合格式化字符串和数字
看起来使用自己写的 long2string 函数执行速度更快一些，但是它有一个弊端，就是只能格式化数字。
如果我们需要把字符串和数字一起格式化成一个字符串，应该如何处理？
如果使用 sprintf 库函数，那非常方便：
sprintf(buff, %s%d, hello, 123456);
如果继续使用 long2string 函数，那么就要分步来格式化，例如：
// 拆成 2 个步骤sprintf(buff, %s, hello);long2string(buff + strlen(buff), 123456);
以上两种方式都能达到目的，那执行效率如何呢？继续测试：
int main(){ printf(long size = %d, long_max = %ld, sizeof(long), long_max); // 测试 1000 万 次 const char *prefix = zhangsan has money: ; int total = 1000 * 10000; char buff1[32] = { 0 }; char buff2[32] = { 0 }; // 测试 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); // 测试 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;}
执行结果对比:
long size = 4, long_max = 2147483647sprintf ellapse: 2477686 us long2string ellapse: 816119 us
执行速度仍然是 3 倍左右的差距。就是说，即使拆分成多个步骤来执行，使用 long2string 函数也会更快一些！
五、sprintf 的实现机制
sprintf 函数家族中，存在着一系列的函数，其底层是通过可变参数来实现的。之前写过一篇文章一个printf(结构体指针)引发的血案，其中的第四部分，使用图片详细描述了可变参数的实现原理，摘抄如下。
1. 可变参数的几个宏定义
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 就是一个 char* 型指针。
2. 可变参数的处理过程
我们以刚才的示例 my_printf_int 函数为例，重新贴一下：
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: 函数调用时
c语言中函数调用时，参数是从右到左、逐个压入到栈中的，因此在进入 my_printf_int 的函数体中时，栈中的布局如下:
step2: 执行 va_start
va_start(arg, num);
把上面这语句，带入下面这宏定义：
#define _crt_va_start(ap,v) ( ap = (va_list)_addressof(v) + _intsizeof(v) )
宏扩展之后得到：
arg = (char *)num + sizeof(num);
结合下面的图来分析一下：首先通过 _addressof 得到 num 的地址 0x01020300，然后强转成 char* 类型，再然后加上 num 占据的字节数(4个字节)，得到地址 0x01020304，最后把这个地址赋值给 arg，因此 arg 这个指针就指向了栈中数字 1 的那个地址，也就是第一个参数，如下图所示：
step3: 执行 va_arg
val = va_arg(arg, int);
把上面这语句，带入下面这宏定义：
#define _crt_va_arg(ap,t) ( *(t *)((ap += _intsizeof(t)) - _intsizeof(t)) )
宏扩展之后得到：
val = ( *(int *)((arg += _intsizeof(int)) - _intsizeof(int)) )
结合下面的图来分析一下：先把 arg 自增 int 型数据的大小(4个字节)，使得 arg = 0x01020308；然后再把这个地址(0x01020308)减去4个字节，得到的地址(0x01020304)里的这个值，强转成 int 型，赋值给 val，如下图所示：
简单理解，其实也就是：得到当前 arg 指向的 int 数据，然后把 arg 指向位于高地址处的下一个参数位置。
va_arg 可以反复调用，直到获取栈中所有的函数传入的参数。
step4: 执行 va_end
va_end(arg);
把上面这语句，带入下面这宏定义：
#define _crt_va_end(ap) ( ap = (va_list)0 )
宏扩展之后得到：
arg = (char *)0;
这就好理解了，直接把指针 arg 设置为空。因为栈中的所有动态参数被提取后，arg 的值为 0x01020310(最后一个参数的上一个地址)，如果不设置为 null 的话，下面使用的话就得到未知的结果，为了防止误操作，需要设置为null。
六、总结
这篇文章描述的格式化方法灵活性不太好，也许存在一定的局限性。但是在一些关键场景下，能明显提高执行效率。
薄膜表面瑕疵在线检测仪的原理以及优点是什么
中国联通已在全球共设置了31个分支机构和超过100个POP点
电热元件功率的计算
是德科技M8050A高性能误码仪荣获“产品创新奖”
语音模块助力晾衣架智能化升级
如何把数字格式化成字符串
恩智浦EdgeLock A5000让安全器件开发更轻松
电力行业浪涌保护器防雷应用方案
运营商是否真的出现无法平衡发展4G与5G？
基于DINO知识蒸馏架构的分层级联Transformer网络
智慧赋能新基建，飞腾携全新产品亮相2020中国电子信息博览会
什么才是真正的人工智能？这一次终于明白了
继电保护二次回路故障及处理方法
GaAs基VCSEL干法刻蚀技术研究
如何为波特图设置频率响应分析仪
2020年Q1季度显卡内存价格上涨逾5%，年成长量有机会突破15%
芯驰科技发布车规MCU E3“控之芯”系列产品
苹果采用蓝牙技术的无线耳机已在市场占主导地位
SD-WAN是什么，为什么它将会彻底改变现有网络
一文了解智慧物流这一概念
二、最简单的格式化
三、测试1：手动格式化数字
四、测试2：混合格式化字符串和数字
五、sprintf 的实现机制
六、总结
一、前言
在嵌入式项目开发中，字符串格式化是很常见的操作，我们一般都会使用 c 库中的 sprintf 系列函数来完成格式化。
从功能上来说，这是没有问题的，但是在一些时间关键场合，字符串的格式化效率会对整个系统产生显著的影响。
例如：在一个日志系统中，吞吐率是一个重要的性能指标。每个功能模块都产生了大量的日志信息，日志系统需要把时间戳添加到每条日志的头部，此时字符串的格式化效率就比较关键了。
天下武功，唯快不破！
这篇文章就专门来聊一聊把数字格式化成字符串，可以有什么更好的方法。也许技术含量不高，但是很实用！
二、最简单的格式化
#include #include #include #include int main(){ char buff[32] = { 0 }; sprintf(buff, %ld, long_max); printf(buff = %s , buff);}
其中，long_max 表示 long 型数值的最大值。代码在眨眼功夫之间就执行结束了，但是如果是一百万、一千万次呢？
三、测试1：手动格式化数字
1. 获取系统时间戳函数
我的测试环境是：在 win10 中通过 virtualbox，安装了 ubuntu16.04 虚拟机，使用系统自带的 gcc 编译器。
为了测试代码执行的耗时，我们写一个简单的函数：获取系统的时间戳，通过计算时间差值来看一下代码的执行速度。
// 获取系统时间戳long long getsystimestamp(){ struct timeval tv; gettimeofday(&tv, 0); long long ts = (long long)tv.tv_sec * 1000000 + tv.tv_usec; return ts; }
2. 实现格式化数字的函数
// buff: 格式化之后字符串存储地址；// value: 待格式化的数字void long2string(char *buff, long value){ long tmp; char tmpbuf[32] = { 0 }; // p 指向临时数组的最后一个位置 char *p = &tmpbuf[sizeof(tmpbuf) - 1]; while (value != 0) { tmp = value / 10; // 把一个数字转成 ascii 码，放到 p 指向的位置。 // 然后 p 往前移动一个位置。 *--p = (char)('0' + (value - tmp * 10)); value = tmp; } // 把临时数组中的每个字符，复制到 buff 中。 while (*p) *buff++ = *p++;}
这个函数的过程很简单，从数字的后面开始，把每一个数字转成 ascii 码，放到一个临时数组中(也是从后往前放)，最后统一复制到形参指针 buff 指向的空间。
3. 测试代码
int main(){ printf(long size = %d, long_max = %ld, sizeof(long), long_max); // 测试 1000 万次 int total = 1000 * 10000; char buff1[32] = { 0 }; char buff2[32] = { 0 }; // 测试 sprintf long long start1 = getsystimestamp(); for (int i = 0; i < total; ++i) sprintf(buff1, %ld, long_max); printf(sprintf ellapse: %lld us , getsystimestamp() - start1); // 测试 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. 执行结果对比
long size = 4, long_max = 2147483647sprintf ellapse: 1675761 us long2string ellapse: 527728 us
也就是说：把一个 long 型数字格式化成字符串:
使用 sprintf 库函数，耗时 1675761 us;
使用自己写的 long2string 函数，耗时 527728 us；
大概是 3 倍左右的差距。当然，在你的电脑上可能会得到不同的结果，这与系统的负载等有关系，可以多测试几次。
四、测试2：混合格式化字符串和数字
看起来使用自己写的 long2string 函数执行速度更快一些，但是它有一个弊端，就是只能格式化数字。
如果我们需要把字符串和数字一起格式化成一个字符串，应该如何处理？
如果使用 sprintf 库函数，那非常方便：
sprintf(buff, %s%d, hello, 123456);
如果继续使用 long2string 函数，那么就要分步来格式化，例如：
// 拆成 2 个步骤sprintf(buff, %s, hello);long2string(buff + strlen(buff), 123456);
以上两种方式都能达到目的，那执行效率如何呢？继续测试：
int main(){ printf(long size = %d, long_max = %ld, sizeof(long), long_max); // 测试 1000 万 次 const char *prefix = zhangsan has money: ; int total = 1000 * 10000; char buff1[32] = { 0 }; char buff2[32] = { 0 }; // 测试 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); // 测试 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;}
执行结果对比:
long size = 4, long_max = 2147483647sprintf ellapse: 2477686 us long2string ellapse: 816119 us
执行速度仍然是 3 倍左右的差距。就是说，即使拆分成多个步骤来执行，使用 long2string 函数也会更快一些！
五、sprintf 的实现机制
sprintf 函数家族中，存在着一系列的函数，其底层是通过可变参数来实现的。之前写过一篇文章一个printf(结构体指针)引发的血案，其中的第四部分，使用图片详细描述了可变参数的实现原理，摘抄如下。
1. 可变参数的几个宏定义
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 就是一个 char* 型指针。
2. 可变参数的处理过程
我们以刚才的示例 my_printf_int 函数为例，重新贴一下：
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: 函数调用时
c语言中函数调用时，参数是从右到左、逐个压入到栈中的，因此在进入 my_printf_int 的函数体中时，栈中的布局如下:
step2: 执行 va_start
va_start(arg, num);
把上面这语句，带入下面这宏定义：
#define _crt_va_start(ap,v) ( ap = (va_list)_addressof(v) + _intsizeof(v) )
宏扩展之后得到：
arg = (char *)num + sizeof(num);
结合下面的图来分析一下：首先通过 _addressof 得到 num 的地址 0x01020300，然后强转成 char* 类型，再然后加上 num 占据的字节数(4个字节)，得到地址 0x01020304，最后把这个地址赋值给 arg，因此 arg 这个指针就指向了栈中数字 1 的那个地址，也就是第一个参数，如下图所示：
step3: 执行 va_arg
val = va_arg(arg, int);
把上面这语句，带入下面这宏定义：
#define _crt_va_arg(ap,t) ( *(t *)((ap += _intsizeof(t)) - _intsizeof(t)) )
宏扩展之后得到：
val = ( *(int *)((arg += _intsizeof(int)) - _intsizeof(int)) )
结合下面的图来分析一下：先把 arg 自增 int 型数据的大小(4个字节)，使得 arg = 0x01020308；然后再把这个地址(0x01020308)减去4个字节，得到的地址(0x01020304)里的这个值，强转成 int 型，赋值给 val，如下图所示：
简单理解，其实也就是：得到当前 arg 指向的 int 数据，然后把 arg 指向位于高地址处的下一个参数位置。
va_arg 可以反复调用，直到获取栈中所有的函数传入的参数。
step4: 执行 va_end
va_end(arg);
把上面这语句，带入下面这宏定义：
#define _crt_va_end(ap) ( ap = (va_list)0 )
宏扩展之后得到：
arg = (char *)0;
这就好理解了，直接把指针 arg 设置为空。因为栈中的所有动态参数被提取后，arg 的值为 0x01020310(最后一个参数的上一个地址)，如果不设置为 null 的话，下面使用的话就得到未知的结果，为了防止误操作，需要设置为null。
六、总结
这篇文章描述的格式化方法灵活性不太好，也许存在一定的局限性。但是在一些关键场景下，能明显提高执行效率。
薄膜表面瑕疵在线检测仪的原理以及优点是什么
中国联通已在全球共设置了31个分支机构和超过100个POP点
电热元件功率的计算
是德科技M8050A高性能误码仪荣获“产品创新奖”
语音模块助力晾衣架智能化升级
如何把数字格式化成字符串
恩智浦EdgeLock A5000让安全器件开发更轻松
电力行业浪涌保护器防雷应用方案
运营商是否真的出现无法平衡发展4G与5G？
基于DINO知识蒸馏架构的分层级联Transformer网络
智慧赋能新基建，飞腾携全新产品亮相2020中国电子信息博览会
什么才是真正的人工智能？这一次终于明白了
继电保护二次回路故障及处理方法
GaAs基VCSEL干法刻蚀技术研究
如何为波特图设置频率响应分析仪
2020年Q1季度显卡内存价格上涨逾5%，年成长量有机会突破15%
芯驰科技发布车规MCU E3“控之芯”系列产品
苹果采用蓝牙技术的无线耳机已在市场占主导地位
SD-WAN是什么，为什么它将会彻底改变现有网络
一文了解智慧物流这一概念