浅谈C中的wprintf和宽字符显示

(转自http://blog.csdn.net/lovekatherine/archive/2007/11/06/1868724.aspx)

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Cyndi: 先补两句,在按照下面的测试代码验证时,仍然遇到了问题.

首先,L”中文”这种通过L来转换成unicode的方式不是万能的,我试了几台linux终端都不支持这个方式,因为标准C对于L的解释是能转换ASIC,这一点因系统而宜.事实上windows是支持非ASIC字符的.

其次,printf+%ls与wprintf+%ls在我试的几台linux终端上表现是不一样的,printf+%ls可以成功输出中文,但wprintf+%ls却死活也不行,具体原因不详,(类似的,windows上测试这两个的输出结果是相同的).

最后,clocale这个头文件在windows下编译成功,但在linux下改成locale.h才编译通过.而setlocale这个函数的第二个参数在windows下用了chs,而linux下我用了zh-CN.这一点可用locale -a查询该平台支持的集合.

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今天在CSDN的Blog首页看到一篇文章“也谈计算机字符编码 ”,由于前一阵业余翻译了“UTF-8 and Unicode FAQ for Unix/Linux”一文,自己对字符集、编码和Unicode等内容一直保着者很强的兴趣,自然不会放过这样的文章。

作者的文章写得很明白易懂,虽然有一些概念上的细节问题我觉得有商榷之处;作者还给出一个简单的在windows下使用wprintf正确输出字符串“中文”的小例子,我linux下模仿作者给出的示例代码写了如下的示例代码:

#include <cstdio>
#include
<cstdlib>
#include
<clocale>
#include
<cwchar>

int main(int argc, char * argv[])
{
wchar_t wstr[]
= L中文;
setlocale(LC_ALL,
zh_CN.UTF-8);
wprintf(L%s\n,wstr);

return 0;
}

这里需要说明的是我的机器的locale为”zh_CN-UTF-8″

然而程序的运行结果却让我很诧异

whodare@whodare:$ ./a.out
-N

我的第一反应就是作者的示例代码是不是有问题,毕竟这里面调用的全都是C的标准库函数,不应该存在移植性问题;然而,我找了台windows机器测试作者的代码,结果让我很郁闷,一切正常……

为什么我在Linux下的程序就不对呢?我很不服气,于是开始以各种关键字进行搜索,想看看别人是否遇到过类似的问题。一个搜索结果引起了我的主意,有人说问题出在wprintf中的格式转换符上,将%s替换成%ls就没有这样的问题。带着几分怀疑,我修改了上面的程序,编译运行后,居然真的就没问题了

#include <cstdio>
#include
<cstdlib>
#include
<clocale>
#include
<cwchar>

int main(int argc, char * argv[])
{
wchar_t wstr[]
= L中文;
setlocale(LC_ALL,
zh_CN.UTF-8);
wprintf(L
%s ,wstr);
wprintf(L
%ls ,wstr);

return 0;
}

上述代码的运行结果

whodare@whodare:$ ./a.out
-N
中文

问题解决了,可我还是感到迷茫:格式转换符”ls”和“s”的区别是什么?为什么原来的程序会出问题?“-N”这个字符串是怎么冒出来的?为什么作者在windows下的程序就不存在该问题?

这么多的疑惑堵在心口,我哪能心安呢。知其然还要知其所以然嘛!花了一个下午的时间仔细读了下wprintf的manual,并在gdb的帮助下做了各种试验,终于算是把我的疑惑基本都解决了。

一、以下的所有试验都是以“中文”为例,因此有必要先把它的Unicdoe码值、UTF-8编码都列出来,以便于更好的理解下文

‘中’ Unicode码值:U+4E2D UTF-8 编码 e4 b8 ad
‘文’ Unicode码值:U+6587 UTF-8 编码 e6 96 87

二、我们需要理解用char[ ]和wchar_t [ ]来存放“中文”时有什么不同

char str[]=中文;
wchar_t wstr[]
= L中文;

我们使用gdb这个强大的工具来查看str[]和wst[]中究竟都存放了哪些值(请注意颜色之间的对应关系)

(gdb) x /8xb &str
0xbf83decd: 0xe4 0xb8 0xad 0xe6 0×96 0×87 0×00 0xf0
(gdb) x
/12xb &wstr
0xbf83dec0: 0×2d 0×4e 0×00 0×00 0×87 0×65 0×00 0×00
0xbf83dec8: 0×00 0×00 0×00 0×00

不难看出,char str[ ]中存储的是“中文”的UTF-8编码,这是因为我的机器的locale是zh_CN.UTF-8,程序源文件的自然采用的是UTF-8编码,因此编译器在处理 char str[ ]=”中文”; 时,t它对str[]所做得初始化实际上可以理解成 char str[ ]={ 0xe4,0xb8,0xad,0xe6,0×96,0×87,0×00}

而wchar_t wstr[ ]中存放的是“中文”的Unicode码值,这符合C标准对宽字符的定义。这里需要解释的是C标准中规定宽字符是16 bit的字符,而从GNU glibc 2.2开始,类型wchar_t只用于存放32-bit的ISO 10646码值(你可以粗略的把ISO 10646理解成Unicode,尽管它们并不是一回事),而独立于当前使用的locale;因此在上面的输出中,我们看到每个Unicode码值用 32bit表示,而不是16bit。

三、关于%s和%ls的区别

我搜到了一篇帖子(很伤感,我再此发现在CS领域,最靠的住的资料总是英文的),里面对各种格式转换符有详细的解释,愿意看原文的同学直接忽略本段文字…….

http://www-ccs.ucsd.edu/c/lib_prin.html

首先,%ls和%s的区别很简单,%ls意味着将对应的参数会被当作基于宽字符的字符串(wide chraracter string )看待,而%s则意味着对应的参数会被当作普通字符串(multi-byte string)看待。

其次,不要因为上面一句话而错误的认为%s只用于printf,而%ls只用于wprintf 。实际上,(printf, wprintf) 和(%s,%ls)这两个元组之间是相互独立的,也就是说它们之间的四种组合都是可以的。

再次,printf用于byte stream,即输出流中的每个字符颤1 byte;而wprintf则用于wide stream,输出流中的每个字符不止 1 byte。

说了一堆废话,还是结合实例来看看%ls和%s的区别吧

例子1 printf + %s + wstr

printf(%s ,wstr);

whodare@whodare:$ .
/a.out
-N

哈,这个郁闷的”-N”又一次出现!为什么会出现呢?让我来分析一下printf在执行时所完成的操作吧。

这里用了%s, printf 就会将对应的参数wstr视为普通字符串(尽管我们清楚他是个wcs而不是mbs);另一方面,我们已经看到了wstr[ ]的内存布局,其前3 byte为 0×2d ,0×4e,0×00。我们都知道C中的字符串以’\0′为结束标志,因此printf只会处理wstr[ ]中的前三个byte,而查一查ASCII表,0×2d对应字符’-',0×4e对应字符’N',所以我们会看到”-N”这个诡异的输出。

例子2 printf + %ls + wstr

printf(%ls ,wstr);

whodare@whodare:$ .
/a.out
中文

使用了%ls,printf会将对应的参数视为宽字符串(wcs),而printf又对应byte stream,因此这里要对宽字符(wcs)进行转换,变成普通的字符串(mbs)。这里的转换是printf通过对每个宽字符隐式的调用wcrtomb ()这个标准库函数完成的。按么,wcrtomb()这个函数进行是按照什么规则进行转换的?这就是setlocale()的作用所在了,wcrtomb 会依据程序员设定的locale,将wcha_t中存放的码值,转换为相应的的多字节编码。

回到例子中,我的机器的locale为zh_CN.UTF-8,对应的编码为UTF-8,因此wstr[ ]中存放的Unicode码值会转换为UTF-8编码的形式输出到标准输出流中,这样采用UTF-8编码的console就能正确识别受到的字节流并显示出”中文”

例子3 wprintf + %s +wstr (最初的代码!)

wprintf(L%s ,wstr);

whodare@whodare:$ .
/a.out
-N

使用了%s,wprintf会将对应的参数视为普通字符串mbs,尽管我们还是很清楚它其实是个wcs。wprintf 使用的是wide stream,因此需要将所给的mbs参数转换为wcs再由wprintf完成输出;这个转换是由wprintf隐式的对mbs不断调用mbrtowc来完成,转换规则依然是和locale相关的。

我们知道wstr的内存布局为:
0×2d 0×4e 0×00 0×00
0×87 0×65 0×00 0×00
0×00 0×00 0×00 0×00
该”mbs”的转换结果为 L‘0×2d’ + L ‘0×4e’ + L ‘0×00′ ,最终输出结果又是讨厌的”-N”

该”mbs”的转换结果为 L‘0×2d’ + L ‘0×4e’ + L ‘0×00′ ,最终输出结果又是讨厌的”-N”例子4 wprintf + %ls+ wstr

wprintf(L%ls ,wstr);

whodare@whodare:$ .
/a.out
中文

使用了%ls,wprintf会将对应参数视为宽字符串wcs,这次终于没有搞错。因此wprintf会顺利的将给定的宽字符串写入标准输出流,最终正确显示”中文”

看完这4个例子,你对wprintf、printf和%ls 、%s的使用还有疑惑么?

四、小结

1。要清楚%ls和%s的意义在于指明所期待的参数是何种字符串,而printf和wprintf的区别在于所使用的是不同类型的stream

2。貌似在linux下输出“中文”的正确方法是 wprintf( “%ls\n”,L”中文”) ,而引文中作者在Windows成功操作的wprintf(”%s\n”, L”中文”)在linux无法正确工作,至于为何wprintf这个标准库函数在两个系统下有不同表现,我是无心再向下深挖了,难道这又是VC一处不符合标准的地方?…….

3 。貌似还有一个%S,单独用于表示对应参数是宽字符串

谁能告诉我该问题的答案,不盛感激…….

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