C 語言手寫簡易 printf 格式化輸出函數實現

概述

本文實現一個極簡版 printf，支持 %d（十進制整數）、%x（十六進制）、%s（字符串）、%c（字符）四種格式。通過遞歸輸出數字、查表轉十六進制、直接輸出字符/字符串，展示格式化輸出的核心邏輯。

核心函數設計

1. 十進制輸出 print_Dec

遞歸分解：先輸出高位，再輸出低位。

static void print_Dec(uint32_t n) {
    if (n >= 10) {
        print_Dec(n / 10);
        n %= 10;
    }
    putchar((char)(n + '0'));
}

2. 十六進制輸出 print_Hex

固定 32 位，每 4 位輸出一個十六進制字符，高位補 0。

static void print_Hex(unsigned int hex) {
    int i = 8;
    putchar('0'); putchar('x');
    while (i--) {
        unsigned char c = (hex & 0xF0000000) >> 28;
        putchar(c < 0xA ? c + '0' : c - 0xA + 'a');
        hex <<= 4;
    }
}

3. 字符串輸出 print_String

遍歷字符直到 \0。

void print_String(const char *s) {
    while (*s) putchar(*s++);
}

4. 字符輸出 print_char

直接 putchar。

void print_char(char ch) { putchar(ch); }

完整可運行程序

#include <stdio.h>

#define myfflush(out) do {} while (0)
typedef unsigned int uint32_t;

static void print_Dec(uint32_t n) {
    if (n >= 10) { print_Dec(n / 10); n %= 10; }
    putchar((char)(n + '0'));
}

static void print_Hex(unsigned int hex) {
    int i = 8;
    putchar('0'); putchar('x');
    while (i--) {
        unsigned char c = (hex & 0xF0000000) >> 28;
        putchar(c < 0xA ? c + '0' : c - 0xA + 'a');
        hex <<= 4;
    }
}

void print_String(const char *s) { while (*s) putchar(*s++); }
void print_char(char ch) { putchar(ch); }

int main(void) {
    print_Dec(10); putchar('\n');      // 輸出 10
    print_Hex(0xA); putchar('\n');     // 輸出 0x0000000a
    print_String("hello world");       // 輸出 hello world
    myfflush(stdout);
    return 0;
}

運行結果

10
0x0000000a
hello world

擴展方向

• 支持寬度、精度、標誌（-、+、0、#、空格）。
• 處理 %p 指針、%u 無符號、%o 八進制、%f 浮點數。
• 實現 vsprintf / vprintf 可變參數版本（參考 Linux 內核 vsprintf.c）。
• 加入緩衝區管理、返回輸出字符數。

總結

通過遞歸分解整數、位運算提取十六進制位、簡單遍歷輸出字符串/字符，即可構建出基本的格式化輸出功能。這是理解 printf 族函數內部原理的最佳切入點。