Linux内核中的printf实现

从main.c中的printf开始读这个函数。

首先看printf函数的定义：

1 static int printf(const char *fmt, ...)2 {3     va_list args;4     int i;5  6     va_start(args, fmt);7     write(1,printbuf,i=vsprintf(printbuf, fmt, args));8     va_end(args);9     return i;10 }

 

参数中明显采用了可变参数的定义，而在main.c函数的后面直接调用了printf函数，我们可以看下printf函数的参数是如何使用的。

1 printf("%d buffers = %d bytes buffer space\n\r",NR_BUFFERS,2         NR_BUFFERS*BLOCK_SIZE);3 printf("Free mem: %d bytes\n\r",memory_end-main_memory_start);

 

先来分析第一个printf调用：

printf("%d buffers = %d bytes buffer space\n\r",NR_BUFFERS, NR_BUFFERS*BLOCK_SIZE);

可以看到*fmt等于"%d buffers = %d bytes buffer space\n\r”，是一个char 类型的指针，指向字符串的启始位置。而可变的参数在这里是NR_BUFFERS和NR_BUFFERS*BLOCK_SIZE。

其中NR_BUFFERS在buffer.c中定义为缓冲区的页面大小，类型为int；BLOCK_SIZE在fs.h中的定义为

#define BLOCK_SIZE 1024

因此两个可变参数NR_BUFFERS和NR_BUFFERS*BLOCK_SIZE都为int类型；

以前已经分析过可变参数的一系列实现函数va函数。

va_list arg_ptr；

void va_start( va_list arg_ptr, prev_param );
type va_arg( va_list arg_ptr, type );
void va_end( va_list arg_ptr );

首先在函数里定义一个va_list型的变量,这里是arg_ptr,这个变量是指向参数的指针。然后使用va_start使arg_ptr指针指向prev_param的下一位，然后使用va_args取出从arg_ptr开始的type类型长度的数据，并返回这个数据，最后使用va_end结束可变参数的获取。

在printf("%d buffers = %d bytes buffer space\n\r",NR_BUFFERS, NR_BUFFERS*BLOCK_SIZE)中，根据以上的分析fmt指向字符串，args首先指向第一个可变参数，也就是NR_BUFFERS(args在经过一次type va_arg( va_list arg_ptr, type )调用后，会根据type的长度自动增加，从而指向第二个可变参数NR_BUFFERS*BLOCK_SIZE)。

我们先不管write函数的实现，首先来看vsprint。

1 int vsprintf(char *buf, const char *fmt, va_list args)2 {3     int len;4     int i;5     char * str;6     char *s;7     int *ip;8  9     int flags;       /* flags to number() */10  11     int field_width;   /* width of output field */12     int precision;       /* min. # of digits for integers; max13                    number of chars for from string */14     int qualifier;       /* 'h', 'l', or 'L' for integer fields */15  16     for (str=buf ; *fmt ; ++fmt) {    //str为最终存放字符串的位置但是他随着字符串增长而增长，buf始终指向最终字符串的启始位置。fmt为格式字符串17         if (*fmt != '%') {                        18             *str++ = *fmt;             //如果不是%则表示这是需要原样打印的字符串，直接复制即可19             continue;20         }21             22         /* process flags */23         flags = 0;24         repeat:25             ++fmt;       /* this also skips first '%' */                            //fmt指向%的后一位26             switch (*fmt) {27                 case '-': flags |= LEFT; goto repeat;28                 case '+': flags |= PLUS; goto repeat;29                 case ' ': flags |= SPACE; goto repeat;                        //判断标志位，并设置flags30                 case '#': flags |= SPECIAL; goto repeat;31                 case '0': flags |= ZEROPAD; goto repeat;32                 }33         34         /* get field width */35         field_width = -1;36         if (is_digit(*fmt))37             field_width = skip_atoi(&fmt);38         else if (*fmt == '*') {39             /* it's the next argument */40             field_width = va_arg(args, int);41             if (field_width < 0) {42                 field_width = -field_width;43                 flags |= LEFT;44             }45         }46  47         /* get the precision */48         precision = -1;49         if (*fmt == '.') {50             ++fmt;   51             if (is_digit(*fmt))52                 precision = skip_atoi(&fmt);53             else if (*fmt == '*') {54                 /* it's the next argument */55                 precision = va_arg(args, int);56             }57             if (precision < 0)58                 precision = 0;59         }60  61         /* get the conversion qualifier */62         qualifier = -1;63         if (*fmt == 'h' || *fmt == 'l' || *fmt == 'L') {64             qualifier = *fmt;65             ++fmt;66         }67  68         switch (*fmt) {                                 //如果没有上面奇怪的标志位(*/./h/l/L)则fmt仍然指向%的后一位，下面判断这个标志位69         case 'c':70             if (!(flags & LEFT))71                 while (--field_width > 0)72                    *str++ = ' ';73             *str++ = (unsigned char) va_arg(args, int);74             while (--field_width > 0)75                 *str++ = ' ';76             break;77  78         case 's':79             s = va_arg(args, char *);80             len = strlen(s);81             if (precision < 0)82                 precision = len;83             else if (len > precision)84                 len = precision;85  86             if (!(flags & LEFT))87                 while (len < field_width--)88                    *str++ = ' ';89             for (i = 0; i < len; ++i)90                 *str++ = *s++;91             while (len < field_width--)92                 *str++ = ' ';93             break;94  95         case 'o':96             str = number(str, va_arg(args, unsigned long), 8,97                 field_width, precision, flags);98             break;99  100         case 'p':101             if (field_width == -1) {102                 field_width = 8;103                 flags |= ZEROPAD;104             }105             str = number(str,106                 (unsigned long) va_arg(args, void *), 16,107                 field_width, precision, flags);108             break;109  110         case 'x':111             flags |= SMALL;112         case 'X':113             str = number(str, va_arg(args, unsigned long), 16,114                 field_width, precision, flags);115             break;116  117 

       case 'd':                                   //如果是整型，首先设定flags，然后利用number函数将可变参数取出，并根据base(这里是10)然后转换成字符串，赋给str

118         case 'i':119             flags |= SIGN;120         case 'u':121             str = number(str, va_arg(args, unsigned long), 10,122                 field_width, precision, flags);123             break;124  125         case 'n':126             ip = va_arg(args, int *);127             *ip = (str - buf);128             break;129  130         default:131             if (*fmt != '%')//如果格式转换符不是%，则表示出错，直接打印一个%。如果是%，那么格式转换符就是%%，就由下面if(*fmt)只输出一个%132                 *str++ = '%';133             if (*fmt)134                 *str++ = *fmt;//如果格式转换符不正确则输出%+不正确的格式转换符。如果是%%，则只输出一个%135             else136                 --fmt;//如果转换格式符不是上面这些正确的，也不是空，那么直接输出，并返回到判断fmt的for语句；否则就指向末尾了，fmt后退一位，这样在for循环自动再加1进行判断时*fmt的条件就不满足，退出for循环137             break;138         }139     }140     *str = '\0';//设定str字符串的最后一位为'\0'141     return str-buf;//返回值为字符串的长度142  

 

这样我们就实现了根据fmt中的格式转换符将可变参数转换到相应的格式，利用write函数进行输出的目的。

而后者的可变参数memory_end-main_memory_start，根据main.c中的定义

static long buffer_memory_end = 0;
static long main_memory_start = 0;可见为主内存的大小，类型为long。分析同上

而write函数跟fork函数一样是由_syscall*来实现的，内嵌汇编就不多解释了，直接展开就行

write.c

_syscall3(int,write,int,fd,const char *,buf,off_t,count)

unistd.h

#define _syscall3(type,name,atype,a,btype,b,ctype,c) \
type name(atype a,btype b,ctype c) \
{ \
long __res; \
__asm__ volatile ("int $0x80" \
    : "=a" (__res) \
    : "0" (__NR_##name),"b" ((long)(a)),"c" ((long)(b)),"d" ((long)(c))); \
if (__res>=0) \
    return (type) __res; \
errno=-__res; \
return -1; \
}