printf背后的故事
来源:互联网 发布:python运行原理 编辑:程序博客网 时间:2024/04/30 08:27
printf背后的故事
说起编程语言,C语言大家再熟悉不过。说起最简单的代码,Helloworld更是众所周知。一条简单的printf语句便可以完成这个简单的功能,可是printf背后到底做了什么事情呢?可能很多人不曾在意,也或许你比我还要好奇!那我们就聊聊printf背后的故事。
一、printf的代码在哪里?
显然,Helloworld的源代码需要经过编译器编译,操作系统的加载才能正确执行。而编译器包含预编译、编译、汇编和链接四个步骤。
#include<stdio.h>
int main()
{
printf("Hello World !\n");
return 0;
}
首先,预编译器处理源代码中的宏,比如#include。预编译结束后,我们发现printf函数的声明。
$/usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.7/cc1 -E -quiet main.c -o main.i
# 1 "main.c"
# 1 "<命令行>"
# 1 "main.c"
...
extern int printf (const char *__restrict __format, ...);
...
int main()
{
printf("Hello World!\n");
return 0;
}
然后编译器将高级语言程序转化为汇编代码。
$/usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.7/cc1 -fpreprocessed -quiet main.i -o main.s
.file "main.c"
.section .rodata
.LC0:
.string "Hello World!"
.text .globl main
.type main, @function
main:
pushl %ebp
movl %esp, %ebp
andl $-16, %esp
subl $16, %esp
movl $.LC0, (%esp)
call puts
movl $0, %eax
leave
ret
.size main, .-main
我们发现printf函数调用被转化为call puts指令,而不是call printf指令,这好像有点出乎意料。不过不用担心,这是编译器对printf的一种优化。实践证明,对于printf的参数如果是以'\n'结束的纯字符串,printf会被优化为puts函数,而字符串的结尾'\n'符号被消除。除此之外,都会正常生成call printf指令。
如果我们仍希望通过printf调用"Hello World !\n"的话,只需要按照如下方式修改即可。不过这样做就不能在printf调用结束后立即看到打印字符串了,因为puts函数可以立即刷新输出缓冲区。我们仍然使用puts作为例子继续阐述。 .section .rodata
.LC0:
.string "hello world!\n"
...
call printf
...
接下来,汇编器开始工作。将汇编文件转化为我们不能直接阅读的二进制格式——可重定位目标文件,这里我们需要gcc工具包的objdump命令查看它的二进制信息。可是我们发现call puts指令里保存了无效的符号地址。
$as -o main.o main.s
$objdump –d main.o
main.o: 文件格式 elf32-i386
Disassembly of section .text:
00000000 <main>:
0: 55 push %ebp
1: 89 e5 mov %esp,%ebp
3: 83 e4 f0 and $0xfffffff0,%esp
6: 83 ec 10 sub $0x10,%esp
9: c7 04 24 00 00 00 00 movl $0x0,(%esp)
10: e8 fc ff ff ff call 11 <main+0x11>
15: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
1a: c9 leave
1b: c3 ret
而链接器最终会将puts的符号地址修正。由于链接方式分为静态链接和动态链接两种,虽然链接方式不同,但是不影响最终代码对库函数的调用。我们这里关注printf函数背后的原理,因此使用更易说明问题的静态链接的方式阐述。
$/usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.7/collect2 \
-static -o main
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