Printk函数简单解析
来源：互联网 发布：咸鱼质量问题淘宝介入 编辑：程序博客网 时间：2024/06/02 07:05
C语言函数可变参数的原理
可变参数函数原型
Printk函数原型如程序清单 1.1所示：
程序清单 1.1
int printk(const char *fmt, ...);
从printk函数原型可知，printk除了接收一个固定参数fmt外，后面的参数用...表示。在C/C++语言中，...表示可以接收可变数量的参数（0或0个以上参数）。
函数参数传递方式
Printk的参数通过栈来传递，在C/C++中，函数默认调用方式是_cdecl，表示由调用者管理参数入栈操作，且入栈顺序为从右至左，入栈方向为从高地址到低地址。因此，从第n个到第1个参数被放在地址递减的栈中。
假设现在有一段代码如程序清单 1.2所示：
程序清单 1.2
int a = 0x12345678;
char b = 2;
char *c = "hello";
printk("print %d, %d, %s\n", a, b, c);
调用printk时参数在栈中的分布如图 1.1所示：
图 1.1 Printk参数在栈中的分布
这里假设"print %d, %d, %s\n"字符串的首地址是0x20000000，"hello"字符串的首地址是0x10000000。从图 1.1中还能看出一个有意思的地方，那就是参数b虽然是1个字节，但是压栈时被扩展为4字节数据，高位补0。也就是说每次压栈的数据最少为4字节，不足4字节的数据补0。
可变参数操作宏
假设有一段代码如程序清单 1.3所示：
程序清单 1.3
int printk(const char *fmt, ...)
{
va_list args;
va_start(args, fmt);
i=vsprintf(buf,fmt,args);
va_end(args);
}
va_list类型的定义如程序清单 1.4所示，可见va_list其实就是一个char型指针。
程序清单 1.4
typedef char *va_list;
va_start宏定义如程序清单 1.5所示：
程序清单 1.5
#define __va_rounded_size(TYPE) \
(((sizeof (TYPE) + sizeof (int) - 1) / sizeof (int)) * sizeof (int))
#define va_start(AP, LASTARG) \
(AP = ((char *) &(LASTARG) + __va_rounded_size (LASTARG)))
AP表示argument pointer，是参数指针的意思，其实就是va_list类型变量；LASTARG表示last argument，其实就是printk的第一个参数fmt，之所以叫last argument，是因为这个参数是最后一个压栈的。
__va_rounded_size的作用是按int类型的倍数计算TYPE变量在栈中的大小，假设TYPE变量是5字节大小，则__va_rounded_size(TYPE)值为8，因为每次压栈的数据大小都是int类型数据大小的倍数。
(char *) &(LASTARG)表示将fmt变量的地址转为char *指针，这样加上__va_rounded_size (LASTARG)后的值就是第一个可变参数的地址。如图 1.2所示：
图 1.2 va_list args移动示意图
由此可见，va_start宏的作用就是将指针args跳过fmt参数，指向第一个要解析的可变参数。
va_arg宏定义如程序清单 1.6所示：
程序清单 1.6
#define va_arg(AP, TYPE) \
(AP += __va_rounded_size (TYPE), \
*((TYPE *) (AP - __va_rounded_size (TYPE))))
AP += __va_rounded_size (TYPE)，经过这个表达式运算后，args指向了下一个参数；
*((TYPE *) (AP - __va_rounded_size (TYPE)))表示取原来args位置处的变量值，如图 1.3所示：
图 1.3 va_arg作用
va_end是一个空的宏。
Vsprintf函数解析
函数原型如程序清单 2.1所示：
程序清单 2.1
int vsprintf(char *buf, const char *fmt, va_list args);
该函数的主要工作过程如下：
- 通过args获得可变参数列表
- 根据解析fmt中控制字符，比如%d，%s等，将args指向位置的参数转换成字符放入buf中
- 更新args，重复第二步，直到全部解析完毕为止
Linux0.11 printk源码
#include <stdarg.h>
#include <stddef.h>
#include <linux/kernel.h>
static char buf[1024];
extern int vsprintf(char * buf, const char * fmt, va_list args);
int printk(const char *fmt, ...)
{
va_list args;
int i;
va_start(args, fmt);
i=vsprintf(buf,fmt,args);
va_end(args);
__asm__("push %%fs\n\t"
"push %%ds\n\t"
"pop %%fs\n\t"
"pushl %0\n\t"
"pushl $_buf\n\t"
"pushl $0\n\t"
"call _tty_write\n\t"
"addl $8,%%esp\n\t"
"popl %0\n\t"
"pop %%fs"
::"r" (i):"ax","cx","dx");
return i;
}
可以看出，在调用vsprintf对可变参数解析完毕后，所有要输出的字符信息是存放在buf缓冲区中的，最终将字符信息输出到终端上是通过调用tty_write来实现的。
从这里也可以看出这里的printk是不可重入的，因为如果printk函数没有执行完毕，又被调用时，之前buf缓冲区中的内容会被覆盖掉。
