简单printf实现

 

实现简单的printf函数

2016-07-29 15:54 4380人阅读 评论(2) 收藏 举报

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系统编程（12） 

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首先，要介绍一下printf实现的原理

printf函数原型如下：

[cpp] view plain copy

 print?

1. int printf(const char* format,...);  

返回值是int，返回输出的字符个数。

例如：

[cpp] view plain copy

 print?

1. int main()  
2. {  
3.     int n;  
4.     n=printf("hello world,%d\n",100);  
5.     printf("返回值:%d\n",n);  
6.     return 0;  
7. }  

测试结果：

hello world,100

返回值：16

测试结果是16，是因为100虽然是整型数，但是输出时计算返回值它是3个字符。

参数format是一个字符指针，指向printf里的第一个字符串。

参数...是不定参数。这是printf能够实现的核心。

接下来介绍一下不定参数是如何实现的。

int printf(const char* format,...);

函数的参数由右向左依次入栈，如下图：

比如我们printf实际输入的参数有4个，printf(char* format,arg1,arg2,arg3,arg4);

这些参数在内存中从低地址到高地址依次为format,arg1,arg2,arg3,arg4。

因为format是指针，所以所占的字节大小为一个int的大小。

所以如果我们找到format的储存地址，从format首地址开始，加上一个int的大小，此时地址刚好就是参数arg1的首地址，然后再加上sizeof(arg1)，此时地址又刚好是arg2的首地址，这样我们就能依次找出参数所在地址。

具体实现时，我们只需要定义一个指针变量ap指向arg1参数的起始地址，同时分析format参数所指的字符串，从字符串第一个字符开始检查，如果遇到%则通过分析%后面的字符就能判断出变量的类型，此时输出ap地址上所指向的变量的值，同时ap指针向右移动该变量类型大小字节个单位，使ap指向下一个参数的储存地址，然后再次分析字符串，直到分析到字符串结尾结束。

通过上面的参数入栈方式我们可以得到如下结论:


如果想将栈中的参数读出来，我们只需要知道，栈顶元素的地址即第一个参数的地址即可。通过前面变参函数的分析，通过变参函数第一个参数可以知道传递的参数个数。

当然，每个参数都有自己的类型，还有的就是字节对齐了。在读取参数的时候，这些问题都必须考虑到。

实际上处理变参时，已经有封装好的宏处理这些所有问题

[cpp] view plain copy

 print?

1. typedef   char  * va_list;                  //将char*别名为va_list;  
2.   
3.           
4.   
5. #define   _INTSIZEOF(n)   ((sizeof(n) + sizeof(int) - 1) & ~(sizeof(int) - 1))    
6.   
7. #define   va_start(ap,v)   (ap = (va_list)&v + _INTSIZEOF(v))  
8.   
9. #define   va_arg(ap,t)     (*(t*)((ap += _INTSIZEOF(t)) -  _INTSIZEOF(t)))  
10.   
11. #define   va_end(ap)      (ap = (va_list)0)  

这些宏在不同的操作系统，有不同的实现，想使用的话，只需要包含头文件stdarg.h就可以了。

(1)va_start宏的作用 : 

printf（const char* format,arg1,agr2,....)

实现ap指向第一个实际参数arg1的地址，实际参数指第一个参数format后的第一个参数arg1。即va_start(ap,format)。

(2)va_arg宏作用：

t指的是分析出来的实际参数的变量类型，首先ap向后移动sizeof(t)个单位，指向下一个实际参数的地址，同时返回（ap-sizeof(t)）的地址，返回的地址跟刚开始时地址一样。实际上就是为了ap移动到下一个参数的地址，为了下一次输出。

(3)va_end宏的作用

将ap指针赋值为NULL，即0

看一下实现代码：

[cpp] view plain copy

 print?

1. #include<stdio.h>  
2. #include<stdlib.h>  
3. #include<string.h>  
4. #include<stdarg.h>  
5.   
6. void printch(const char ch)   //输出字符  
7. {    
8.     putchar(ch);    
9. }    
10.   
11.   
12. void printint(const int dec)     //输出整型数  
13. {    
14.     if(dec == 0)    
15.     {    
16.         return;    
17.     }    
18.     printint(dec / 10);    
19.     putchar((char)(dec % 10 + '0'));    
20. }    
21.   
22.   
23. void printstr(const char *ptr)        //输出字符串  
24. {    
25.     while(*ptr)    
26.     {    
27.         putchar(*ptr);    
28.         ptr++;    
29.     }    
30. }    
31.   
32.   
33. void printfloat(const float flt)     //输出浮点数，小数点第5位四舍五入  
34. {    
35.     int tmpint = (int)flt;    
36.     int tmpflt = (int)(100000 * (flt - tmpint));    
37.     if(tmpflt % 10 >= 5)    
38.     {    
39.         tmpflt = tmpflt / 10 + 1;    
40.     }    
41.     else    
42.     {    
43.         tmpflt = tmpflt / 10;    
44.     }    
45.     printint(tmpint);    
46.     putchar('.');    
47.     printint(tmpflt);    
48.   
49. }    
50.   
51.   
52. void my_printf(const char *format,...)    
53. {    
54.     va_list ap;    
55.     va_start(ap,format);     //将ap指向第一个实际参数的地址  
56.     while(*format)    
57.     {    
58.         if(*format != '%')    
59.         {    
60.             putchar(*format);    
61.             format++;    
62.         }    
63.         else    
64.         {    
65.             format++;    
66.             switch(*format)    
67.             {    
68.                 case 'c':    
69.                 {    
70.                     char valch = va_arg(ap,int);  //记录当前实践参数所在地址  
71.                     printch(valch);    
72.                     format++;    
73.                     break;    
74.                 }    
75.                 case 'd':    
76.                 {    
77.                     int valint = va_arg(ap,int);    
78.                     printint(valint);    
79.                     format++;    
80.                     break;    
81.                 }    
82.                 case 's':    
83.                 {    
84.                     char *valstr = va_arg(ap,char *);    
85.                     printstr(valstr);    
86.                     format++;    
87.                     break;    
88.                 }    
89.                 case 'f':    
90.                 {    
91.                     float valflt = va_arg(ap,double);    
92.                     printfloat(valflt);    
93.                     format++;    
94.                     break;    
95.                 }    
96.                 default:    
97.                 {    
98.                     printch(*format);    
99.                     format++;    
100.                 }    
101.             }      
102.         }    
103.     }  
104.     va_end(ap);           
105. }    
106.   
107.   
108. int main()    
109. {    
110.     char ch = 'A';    
111.     char *str = "hello world";    
112.     int dec = 1234;    
113.     float flt = 1234.45678;     
114.     my_printf("ch = %c,str = %s,dec = %d,flt = %f\n",ch,str,dec,flt);    
115.     return 0;    
116. }   

 运行结果：

ch = A,str = hello world,dec = 1234,flt = 1234.4568





实际上，实现时可以用一个更简单的函数，vprintf函数。

int vprintf(char *format, va_list param);

printf的功能就是用它来实现的，所不同的是，它用一个参数取代了变长参数表，且此参数是通过调用va_start宏进行初始化。其实vprintf也是经过封装的一个函数。
这样就省了我们调用宏对变参函数进行处理，只要开始调用一次va_start宏进行一次初始化即可。


代码如下：

[cpp] view plain copy

 print?

1. #include<stdio.h>  
2. #include<stdarg.h>  
3.   
4.   
5. int my_printf(char *str,...)  
6. {  
7.     int n;    //记录返回值  
8.     va_list list;  
9.     va_start(list,str);  
10.     n=vprintf(str,list);  
11.     va_end(list);  
12.     return n;  
13. }  
14.   
15. int main()  
16. {  
17.   
18.     my_printf("%s,%d","hello world",10);  
19.   
20. }  

运行结果：

hello world,10