Linux内核中的printf的实现

从main.c中的printf开始读这个函数。

首先看printf函数的定义：

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

1printf("%dbuffers=%dbytesbufferspace\n\r",NR_BUFFERS,2NR_BUFFERS*BLOCK_SIZE);3printf("Freemem:%dbytes\n\r",memory_end-main_memory_start);

先来分析第一个printf调用：

printf("%dbuffers=%dbytesbufferspace\n\r",NR_BUFFERS, NR_BUFFERS*BLOCK_SIZE);

可以看到*fmt等于"%dbuffers=%dbytesbufferspace\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("%dbuffers=%dbytesbufferspace\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。

1int vsprintf(char *buf,constchar *fmt, va_list args)2{3int len;4int i;5char * str;6char *s;7int *ip;8 9int flags; /* flagstonumber()*/10 11int field_width; /* widthofoutputfield*/12int precision; /* min.#ofdigitsforintegers;max13numberofcharsforfromstring*/14int qualifier; /* 'h','l',or'L'forintegerfields*/15 16for (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17if (*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19continue;20}21 22/* process flags */23flags = 0;24repeat:25++fmt; /*thisalsoskipsfirst'%'*/ //fmt指向%的后一位26switch (*fmt) {27case '-': flags |= LEFT;goto repeat;28case '+': flags |= PLUS;goto repeat;29case ' ': flags |= SPACE;goto repeat;//判断标志位，并设置flags30case '#': flags |= SPECIAL;goto repeat;31case '0': flags |= ZEROPAD;goto repeat;32}33 34/* get field width */35field_width = -1;36if (is_digit(*fmt))37field_width = skip_atoi(&fmt);38else if (*fmt == '*') {39/* it's the next argument*/40field_width = va_arg(args, int);41if (field_width < 0) {42field_width = -field_width;43flags |= LEFT;44}45}46 47/* get the precision*/48precision = -1;49if (*fmt == '.') {50++fmt;51if (is_digit(*fmt))52precision = skip_atoi(&fmt);53else if (*fmt == '*') {54/* it's the next argument*/55precision = va_arg(args, int);56}57if (precision < 0)58precision = 0;59}60 61/* get the conversionqualifier*/62qualifier = -1;63if (*fmt == 'h' || *fmt =='l' || *fmt =='L') {64qualifier = *fmt;65++fmt;66}67 68switch (*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69case 'c':70if (!(flags & LEFT))71while (--field_width > 0)72*str++ = '';73*str++ = (unsigned char) va_arg(args,int);74while (--field_width > 0)75*str++ = '';76break;77 78case 's':79s = va_arg(args, char *);80len = strlen(s);81if (precision < 0)82precision = len;83else if (len > precision)84len = precision;85 86if (!(flags & LEFT))87while (len < field_width--)88*str++ = '';89for (i = 0; i < len; ++i)90*str++ = *s++;91while (len < field_width--)92*str++ = '';93break;94 95case 'o':96str = number(str, va_arg(args, unsigned long),8,97field_width, precision, flags);98break;99 100case 'p':101if (field_width == -1) {102field_width = 8;103flags |= ZEROPAD;104}105str = number(str,106(unsigned long) va_arg(args, void *), 16,107field_width, precision, flags);108break;109 110case 'x':111flags |= SMALL;112case 'X':113str = number(str, va_arg(args, unsigned long),16,114field_width, precision, flags);115break;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

118case 'i':119flags |= SIGN;120case 'u':121str = number(str, va_arg(args, unsigned long),10,122field_width, precision, flags);123break;124 125case 'n':126ip = va_arg(args, int *);127*ip = (str - buf);128break;129 130default:131if (*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++ = '%';133if (*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%135else136--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137break;138}139}140*str = '\0';//设定str字符串的最后一位为'\0'141return 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; \
}