初心者向けの話。
この文書では、 C11 の規格として n1570 (Committee Draft) を参照する。
TL;DR
- C 言語において、
printf()等の可変長引数関数の可変長引数としてfloatを渡した場合、doubleへと自動で変換される (→ default argument promotion)- つまり、
floatが渡されてもdoubleが渡されても、printf()内部からはどちらもdoubleに見える
- つまり、
- 規格 (C11) においては、
%f,%lfともにdoubleを表現するものとして規定されている
おまけ:
-
long long intには%lldを使うが、long doubleには%Lfを使うことになっている - std::printf, std::fprintf, std::sprintf, std::snprintf - cppreference.com に format specifier の一覧がある
詳細
printf family の書式指定子
n1570 §7.21.6.1, The fprintf function にて、以下の記述がある。
The length modifiers and their meanings are:
(中略)
- `l` (ell)
- _(前略)_; or has no effect on following `a`, `A`, `e`, `E`, `f`, `F`, `g`, or `G` conversion specifier.
—— n1570 §7.21.6.1/7 抜粋
ここに %lf における l が何の効果も持たないということが示されている。
The conversion specifiers and their meanings are:
(中略)
- `f`, `F`
- A `double` argument representing a floating-point number is converted to decimal notation _(後略)_
—— n1570 §7.21.6.1/8 抜粋
%f や %F などが (float でなく) double 引数を指定していると記されている。
default argument promotion
n1570 §6.5.2.2 Function calls にて、以下の記述がある。
If the expression that denotes the called function has a type that does not include a prototype, the integer promotions are performed on each argument, and arguments that have type
floatare promoted todouble. These are called the default argument promotions.—— n1570 §6.5.2.2/6 抜粋
訳すとこんな感じ:
呼ばれる関数を記述する式がプロトタイプが include されていない型を持っていれば、 integer promotion が各引数へ行われ、さらに
float型を持つ引数はdoubleに格上げ (promote) される。これは default argument promotions と呼ばれる。
また、次段落:
If the expression that denotes the called function has a type that does include a prototype, the arguments are implicitly converted, (中略).
The ellipsis notation in a function prototype declarator causes argument type conversion to stop after the last declared parameter. The default argument promotions are performed on trailing arguments.—— n1570 §6.5.2.2/7 抜粋
訳すとこんな感じ:
呼ばれる関数を記述する式がプロトタイプが include された型を持っていれば、引数は暗黙に変換される……(中略)。
関数プロトタイプ宣言子の中の ellipsis notation (訳註:...のこと) は、変数の型変換を最後に宣言されたパラメータ以降中断させる。それ以降の引数については、 default argument promotions が行われる。
以上の記述から、以下のことがいえる。
- default argument promotion が行われるとき、
floatの引数はdoubleに変換される - プロトタイプが include されていない(つまり、利用する箇所の C コードからプロトタイプ宣言が見える場所にない)関数については、すべての引数に default argument promotions が行われる
- プロトタイプが include された関数については、
...以降の可変長引数部として渡された引数について default argument promotions が行われる
以上より、 printf() の可変長引数部として渡される float の値は、 double に変換されて printf へ伝わるということがわかる。
まとめ
-
printf()のような可変長引数関数について、可変長部分の引数には default argument promotion が行われる- これによって、
floatを渡すとdoubleに変換される -
doubleはdoubleのままになる - ゆえに
printfでは、元floatだった値も最初からdoubleだった値も、どちらもdoubleとして受け取ることになり、区別は付かない
- これによって、
- printf family の関数について、
%fはdoubleの値に対応するものであると規定されている - printf family の関数について、
%lfにおけるlは何の効果も持たないことが規定されている
つまり
-
floatの表示には%fを、doubleの表示には%lfを使え、という教えはおそらく誤解に基くものであり、float,doubleいずれも%fで正しく表示することができる
おまけ
何故このような誤解が発生するか
- [迷信] double の出力書式は "%lf" | 株式会社きじねこ
-
C++においても、double に対する "%lf" は、現在もなお「未定義の動作」を引き起こします。
- ……とあるが、この記述は古い。後続セクションを参照のこと。
-
- 関数printf()内の%lf | 配電盤
scanf() では float や double の値を渡すものではなく float* や double* を渡すとになるが、この場合 scanf 側では区別しないと困る(ポインタの参照先に書き込むべきサイズが異なるから)ので、 float と double を別々の指定子で指定することになる(つまり %f と %lf を使い分ける)。
この使い分けは必須であるが、これをそのまま printf() でも必須であると思い込んだ人々が、 double の表示には %f でなく %lf を使うのが正しい、と勘違いしているのだろう。
古い C
Foreword/7 に以下の記述がある。
Major changes in the second edition included:
(中略)
—%lfconversion specifier allowed inprintf
ここで "second edition" とは、 Foreword/6 からわかるように C99 の規格のことであり、 C11 の規格は "third edition" に相当する。
上の記述は、printf family における %lf の使用は C89/90 においては許されていなかったが、 C99 以降で許されるようになったということである。
すなわち、古い C を使う場合には、 printf で %lf を使ってはいけない。
また、 C++11 からは、参照する C 規格が C99 に切り替わったため、 C++ の std::printf() においても %lf は使えるようになっている。
C++11 未満はもはや C++ じゃないので駄目。
The library described in Clause 7 of ISO/IEC 9899:1999 and Clause 7 of ISO/IEC 9899:1999/Cor.1:2001 and Clause 7 of ISO/IEC 9899:1999/Cor.2:2003 is hereinafter called the C standard library. 1
- With the qualifications noted in Clauses 18 through 30 and in C.3, the C standard library is a subset of the C ++ standard library.
—— n3337 (C++11) §1.2/2 および関連する注釈を抜粋