printf带来的思考

最近闲来没事，在论坛逛游了几圈，发现很对人对printf按浮点格式输出产生了迷惑，比如：

void main ( ){ int d = 100; printf("%f/n", d); printf("%d/n", d);}

这段代码为啥第一个输出是0.000000，而另一个输出是正确的100。其实这个问题涉及到了c语言标准库里的变长参数的技术。

肯定有人会问啥是变长参数？好，我们慢慢来，馒头要一口一口吃的！

 

1. 什么是变长参数？

大家可以先看看printf的定义：

int __cdecl printf ( const char *format, ... )/* * stdout 'PRINT', 'F'ormatted */{ va_list arglist; int buffing; int retval; _VALIDATE_RETURN( (format != NULL), EINVAL, -1); va_start(arglist, format); _lock_str2(1, stdout); __try { buffing = _stbuf(stdout); retval = _output_l(stdout,format,NULL,arglist); _ftbuf(buffing, stdout); } __finally { _unlock_str2(1, stdout); } return(retval);}

其中，函数形参中用到了“...”，表明函数除第一个形参是const char*类型的，可以拥有任意数量和任意类型的参数，也就是说：我们可以随意的输入不定个任意类型的参数，可能现在有人会疑惑：函数内部怎么知道我们输入了什么参数，输入多少参数呢？好问题！我们继续往下看！

 

2. 变长参数的技术实现

我们可以看到printf函数内部用到了一个变量va_list arglist; 我们跟进，可以找到va_list类型的定义如下，其实就是char类型的指针

typedef char *  va_list;

我们往下看，在15行对arglist做了操作 va_start(arglist, format); 并且将最后一个参数传入，同样我们看看和va_start相关的定义：

 

#define va_start _crt_va_start
#define va_arg _crt_va_arg
#define va_end _crt_va_end

 

#define _ADDRESSOF(v)   ( &(v) )

#define _INTSIZEOF(n)   ( (sizeof(n) + sizeof(int) - 1) & ~(sizeof(int) - 1) )

#define _crt_va_start(ap,v)  ( ap = (va_list)_ADDRESSOF(v) + _INTSIZEOF(v) )
#define _crt_va_arg(ap,t)    ( *(t *)((ap += _INTSIZEOF(t)) - _INTSIZEOF(t)) )
#define _crt_va_end(ap)      ( ap = (va_list)0 )

其中，_INTSIZEOF(n)整个做的事情就是将n的长度化为int长度的整数倍，至于为啥化成4个字节的整数倍，这是与编译器相关的问题，我们暂时不讨论，以sizeof代替即可，整理下可得：

typedef char *  va_list;

#define va_start(ap,v)  ( ap = (va_list)&v+ sizeof(v) )
#define va_arg(ap,t)    ( *(t *)((ap += sizeof(t)) - sizeof(t)) )
#define va_end(ap)      ( ap = (va_list)0 )

由上面的分析可知，va_start(arglist, format);就是将arglist指向printf函数的第一个形参所存储位置的后一个地址，为什么是这样呢？这个地址又是什么呢？printf的声明隐含天机，大家可以看到

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

c语言标准库里将printf的调用惯例声明成__cdecl，也就是说printf函数形参入栈的方式是从右至左，“哇”你是否恍然大悟！如果还没有，不要紧，我们徐徐道来：经过编译连接后的程序，装载到内存中后，程序栈在虚拟内存中的形式是栈顶在上，位于高地址，栈是向低地址扩展。那printf的形参是从右至左的顺序入栈，则最左边的形参最后入栈，位于低地址！这回你应该有点想法了吧！O(∩_∩)O哈哈~

经过va_start(arglist, format)处理的arglist此时所指向的就是format右边的形参，此时你就可以通过type nxt = va_arg(arglist,type)来获取当前参数，并将arglist移动到下一个参数的位置，不断循环的取值，直到最后一个参数。这时，你可能有点疑惑：我怎么知道要循环几次，也就是说还是没有说明函数内部是怎么知道有多少参数，以及参数的类型的呢？好，我们就继续讲讲这两个问题。这两个问题涉及到变长参数的使用规范，就是如果要用变长参数，函数内部必须要分清形参的个数和类型。那printf是怎么实现的呢？它不是还有第一个参数format吗！当用户使用该函数时，必须指定输出的类型规格，然后函数内部解析format字串，来获知是否还有参数，以及该参数的类型的！恍然大悟了吧！

 

最后，va_end(arglist)的功能就是将arglist指针赋空，防止野指针。

 

3. 该到结贴的时候了

对于文章开始提出的printf按浮点格式输出为0的问题，你是否有点想法了！也就是说，明明是int类型的数据，你非要以float类型去读，那肯定是会出错的，因为int和float在内存中存储的方式是不同的。那你可能有会说：为啥很多情况都是为0呢？要说明这个问题就先要讲解下float的内存存储的的方式：

在c++中float是用四个字节三十二位二进制位来存储，第一位是符号位，后8位是指数位，剩下的是23位有效位。8为指数位有一个是符号位，1表示正，0表示负。

我们看看100的int类型的内存中的值是：0000 0000 0000 0000 0000 0000 0110 0100 这个数按照float类型计算方式得到的值非常小，默认情况下“%f”保留六位有效数字，所以输出会为0.000000，如果不信你可以输出小数点后100000位，绝对是有值的！

 

好，结贴！