آموزش تابع printf در زبان C؛ قالب‌بندی خروجی و جدول ASCII
قسمت 34
در قسمت‌های قبلی آموزش امبدد C، بیشتر روی مفاهیم پایه زبان C، ساختار برنامه‌ها، حافظه، اشاره‌گرها و مباحث مهم Bare-metal تمرکز داشتیم. از این قسمت وارد بخشی می‌شویم که بیشتر به ورودی و خروجی (I/O) در زبان C مربوط است.
در دنیای سیستم‌های Embedded، خروجی گرفتن همیشه به سادگی اجرای یک تابع نیست. در یک کامپیوتر معمولی، سیستم‌عامل و کتابخانه‌های استاندارد بسیاری از جزئیات را از ما پنهان می‌کنند؛ اما در سیستم‌های Bare-metal، معمولاً خود برنامه‌نویس باید مسیر خروجی را پیاده‌سازی کند.
در این قسمت، با printf به‌عنوان مهم‌ترین تابع خروجی در زبان C آشنا می‌شویم، چند نمونه از قالب‌بندی خروجی را بررسی می‌کنیم، جدول ASCII را با کمک این تابع تولید می‌کنیم و در پایان با دو جریان خروجی مهم یعنی stdout و stderr آشنا خواهیم شد.
شکل ۱- تفاوت مسیر خروجی در یک کامپیوتر معمولی و یک سیستم Bare-metal
تابع printf چیست؟
تابع printf یکی از معروف‌ترین و پرکاربردترین توابع زبان C است که برای نمایش خروجی متنی استفاده می‌شود. این تابع در هدر stdio.h تعریف شده و به ما اجازه می‌دهد متن، عدد، کاراکتر و مقادیر مختلف را با فرمت‌های متنوع چاپ کنیم.
فرم کلی این تابع به‌صورت زیر است:
| 1 | printf("format string", argument1, argument2, ...); |
در این ساختار، رشته‌ی قالب یا همان format string تعیین می‌کند که هر مقدار چگونه نمایش داده شود. برای مثال:
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 | #include <stdio.h> int main(void) { int number = 42; printf("Number = %d\n", number); return 0; } |
خروجی این برنامه به‌صورت زیر خواهد بود:
| 1 | Number = 42 |
در اینجا %d به printf می‌گوید که مقدار بعدی را به‌صورت یک عدد ده‌دهی صحیح چاپ کند.
چند قالب پرکاربرد در printf
قدرت اصلی printf زمانی مشخص می‌شود که بخواهیم نحوه نمایش داده‌ها را کنترل کنیم. مثلاً می‌توانیم تعیین کنیم یک عدد با چه عرضی نمایش داده شود، از چپ‌چین یا راست‌چین بودن آن مطمئن شویم یا عدد را با صفر پر کنیم.
به مثال زیر توجه کنید:
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 | #include <stdio.h> int main(void) { int n = 42; printf("Default : |%d|\n", n); printf("Width 5 : |%5d|\n", n); printf("Left : |%-5d|\n", n); printf("Zero pad : |%05d|\n", n); return 0; } |
خروجی:
| 1 2 3 4 | Default : |42| Width 5 : | 42| Left : |42 | Zero pad : |00042| |
در این مثال:
%dعدد را به‌صورت معمولی چاپ می‌کند.%5dعدد را در فیلدی با عرض حداقل ۵ کاراکتر، راست‌چین چاپ می‌کند.%-5dعدد را در فیلدی با عرض ۵ کاراکتر، چپ‌چین چاپ می‌کند.%05dاگر عرض عدد کمتر از ۵ باشد، سمت چپ آن با صفر پر می‌شود.
شکل ۲- مقایسه چهار روش رایج برای چاپ یک عدد در printf
برخی از قالب‌های مهم در printf
در جدول زیر چند قالب پرکاربرد در printf را می‌بینید:
| قالب | کاربرد | نمونه خروجی |
|---|---|---|
%d | چاپ عدد صحیح ده‌دهی | 42 |
%c | چاپ یک کاراکتر | A |
%s | چاپ رشته | Hello |
%x | چاپ عدد در مبنای شانزده | 2a |
%o | چاپ عدد در مبنای هشت | 52 |
%f | چاپ عدد اعشاری | 3.141593 |
برای مثال:
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 | #include <stdio.h> int main(void) { int value = 65; float pi = 3.141593f; printf("Decimal : %d\n", value); printf("Character : %c\n", value); printf("Hex : 0x%x\n", value); printf("Octal : %o\n", value); printf("Float : %f\n", pi); return 0; } |
خروجی:
| 1 2 3 4 5 | Decimal : 65 Character : A Hex : 0x41 Octal : 101 Float : 3.141593 |
ساخت جدول ASCII با printf
یکی از مثال‌های آموزشی و جذاب برای تمرین با printf، تولید جدول نویسه‌های ASCII است. ASCII یک استاندارد قدیمی اما بسیار مهم برای نمایش نویسه‌هاست. هر حرف، عدد یا علامت در این جدول، یک کد عددی مشخص دارد.
برنامه زیر نویسه‌های قابل‌چاپ ASCII را به همراه مقدار ده‌دهی، هگزادسیمال و اکتال آن‌ها چاپ می‌کند:
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 | #include <stdio.h> int main(void) { for (char curChar = ' '; curChar <= '~'; ++curChar) { printf("Char: %c Decimal: %3d Hex: 0x%02x Octal: 0%03o\n", curChar, curChar, curChar, curChar); } return 0; } |
بخشی از خروجی برنامه:
| 1 2 3 4 5 | Char: Decimal: 32 Hex: 0x20 Octal: 0040 Char: ! Decimal: 33 Hex: 0x21 Octal: 0041 Char: " Decimal: 34 Hex: 0x22 Octal: 0042 Char: # Decimal: 35 Hex: 0x23 Octal: 0043 Char: $ Decimal: 36 Hex: 0x24 Octal: 0044 |
در این برنامه:
%cنویسه را چاپ می‌کند.%3dمقدار ده‌دهی را با عرض حداقل ۳ کاراکتر نشان می‌دهد.%02xمقدار هگز را با عرض ۲ و صفرگذاری از چپ چاپ می‌کند.%03oمقدار اکتال را با عرض ۳ و صفرگذاری چاپ می‌کند.
شکل ۳- خلاصه‌ای از نویسه‌های قابل‌چاپ ASCII و کدهای آن‌ها
تفاوت printf و fprintf
در ظاهر، printf فقط برای چاپ روی صفحه استفاده می‌شود؛ اما در واقع این تابع خروجی را به جریان استاندارد خروجی یعنی stdout می‌فرستد. اگر بخواهیم مشخص کنیم خروجی به کدام فایل یا جریان برود، از تابع fprintf استفاده می‌کنیم.
فرم کلی آن:
| 1 | fprintf(file_pointer, "format", ...); |
برای مثال:
| 1 2 | fprintf(stdout, "Everything is OK\n"); fprintf(stderr, "ERROR: Something bad happened\n"); |
خط اول پیام را به خروجی عادی برنامه می‌فرستد و خط دوم پیام خطا را به جریان خطا.
دو جریان مهم خروجی: stdout و stderr
در برنامه‌های C، معمولاً سه جریان استاندارد وجود دارند:
stdinبرای ورودیstdoutبرای خروجی عادی برنامهstderrبرای پیام‌های خطا
تفاوت stdout و stderr در برنامه‌های واقعی اهمیت زیادی دارد. وقتی خروجی عادی و پیام‌های خطا از هم جدا باشند، هم دیباگ آسان‌تر می‌شود و هم می‌توان در خط فرمان یا اسکریپت‌ها آن‌ها را جداگانه مدیریت کرد.
مثال:
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 | #include <stdio.h> int main(void) { printf("This is a normal message.\n"); fprintf(stderr, "This is an error message.\n"); return 0; } |
خروجی منطقی این برنامه دو بخش دارد:
- پیام اول روی
stdoutارسال می‌شود. - پیام دوم روی
stderrارسال می‌شود.
شکل ۴- تفاوت جریان خروجی عادی (stdout) و جریان پیام خطا (stderr)
این مفاهیم در سیستم‌های امبدد چه کاربردی دارند؟
شاید در نگاه اول printf فقط یک ابزار ساده برای نمایش متن به نظر برسد، اما در پروژه‌های Embedded همین ابزار ساده می‌تواند نقش بسیار مهمی در دیباگ و بررسی وضعیت برنامه داشته باشد. برای مثال، وقتی یک ماژول میکروکنترلر را از طریق UART به کامپیوتر وصل می‌کنیم، می‌توانیم با استفاده از printf اطلاعاتی مثل موارد زیر را در ترمینال ببینیم:
- مقدار سنسورها
- وضعیت پین‌ها
- تعداد تکرار حلقه‌ها
- پیام‌های خطا یا هشدار
- نتایج محاسبات
البته در سیستم‌های Bare-metal، تابع printf معمولاً به‌صورت پیش‌فرض کار نمی‌کند و باید مسیر خروجی آن را خودمان تعریف کنیم؛ مثلاً آن را به UART متصل کنیم.
جمع‌بندی
در این قسمت با یکی از مهم‌ترین توابع خروجی در زبان C یعنی printf آشنا شدیم و دیدیم که چگونه می‌توان با استفاده از قالب‌های مختلف، داده‌ها را به شکل‌های متنوع چاپ کرد. همچنین با تولید جدول ASCII، کاربرد عملی قالب‌های چاپ را بهتر درک کردیم و در ادامه تفاوت بین stdout و stderr را شناختیم.
در قسمت بعدی، ادامه مباحث ورودی/خروجی را دنبال می‌کنیم و به سراغ خواندن داده، fgets، sscanf و مقدمات کار با فایل‌ها خواهیم رفت.
تمرین
- برنامه‌ای بنویسید که یک عدد صحیح را با قالب‌های
%d،%5d،%-5dو%05dچاپ کند. - برنامه جدول ASCII را طوری تغییر دهید که فقط حروف بزرگ انگلیسی را چاپ کند.
- برنامه‌ای بنویسید که مقدار یک عدد را در سه مبنای ده‌دهی، هگزادسیمال و اکتال چاپ کند.
- برنامه‌ای بنویسید که یک پیام عادی را با
printfو یک پیام خطا را باfprintf(stderr, ...)نمایش دهد.
لیست پیوندی در C چیست؟ آموزش Singly Linked...
پالت | بازار خرید و فروش قطعات الکترونیک
قطعات اضافه و بدون استفاده همیشه یکی از سرباره‌‌های شرکتها و طراحان حوزه برق و الکترونیک بوده و هست. پالت سامانه‌ای است که بصورت تخصصی اجازه خرید و فروش قطعات مازاد الکترونیک را فراهم می‌کند. فروش در پالت
آیسی | موتور جستجوی قطعات الکترونیک
سامانه آی سی سیسوگ (Isee) قابلیتی جدید و کاربردی از سیسوگ است. در این سامانه سعی شده است که جستجو، انتخاب و خرید مناسب تر قطعات برای کاربران تسهیل شود. جستجو در آیسی
سیسوگ‌شاپ | فروشگاه محصولات Quectel
فروشگاه سیسوگ مجموعه ای متمرکز بر تکنولوژی های مبتنی بر IOT و ماژول های M2M نظیر GSM، GPS، LTE، NB-IOT، WiFi، BT و ... جایی که با تعامل فنی و سازنده، بهترین راهکارها انتخاب می شوند. برو به فروشگاه سیسوگ
سیسوگ فروم | محلی برای پاسخ پرسش‌های شما
دغدغه همیشگی فعالان تخصصی هر حوزه وجود بستری برای گفتگو و پرسش و پاسخ است. سیسوگ فروم یک انجمن آنلاین است که بصورت تخصصی امکان بحث، گفتگو و پرسش و پاسخ در حوزه الکترونیک را فراهم می‌کند. پرسش در سیسوگ فرم
سیکار | اولین مرجع متن باز ECU در ایران
بررسی و ارائه اطلاعات مربوط به ECU (واحد کنترل الکترونیکی) و نرم‌افزارهای متن باز مرتبط با آن برو به سیکار
سیسوگ با افتخار فضایی برای اشتراک گذاری دانش شماست. برای ما مقاله بنویسید.