printf原理

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一．   何谓可变参数 
int   printf(   const   char*   format,   ...);   
这是使用过C语言的人所再熟悉不过的printf函数原型，它的参数中就有固定参数format和可变参数（用”…”表示）.   而我们又可以用各种方式来调用printf,如: 
printf( "%d ",value);   
printf( "%s ",str);   
printf( "the   number   is   %d   ,string   is:%s ",   value,   str); 

二.实现原理 
C语言用宏来处理这些可变参数。这些宏看起来很复杂，其实原理挺简单，就是根据参数入栈的特点从最靠近第一个可变参数的固定参数开始，依次获取每个可变参数的地址。下面我们来分析这些宏。在VC中的stdarg.h头文件中，针对不同平台有不同的宏定义，我们选取X86平台下的宏定义： 

typedef   char   *va_list;   
/*把va_list被定义成char*，这是因为在我们目前所用的PC机上，字符指针类型可以用来存储内存单元地址。而在有的机器上va_list是被定义成void*的*/ 
#define   _INTSIZEOF(n)   (   (sizeof(n)   +   sizeof(int)   -   1)   &   ~(sizeof(int)   -   1)   ) 
/*_INTSIZEOF(n)宏是为了考虑那些内存地址需要对齐的系统，从宏的名字来应该是跟sizeof(int)对齐。一般的sizeof(int)=4，也就是参数在内存中的地址都为4的倍数。比如，如果sizeof(n)在1－4之间，那么_INTSIZEOF(n)＝4；如果sizeof(n)在5－8之间，那么_INTSIZEOF(n)=8。*/ 
#define   va_start(ap,v)(   ap   =   (va_list)&v   +   _INTSIZEOF(v)   ) 
/*va_start的定义为   &v+_INTSIZEOF(v)   ,这里&v是最后一个固定参数的起始地址，再加上其实际占用大小后，就得到了第一个可变参数的起始内存地址。所以我们运行va_start(ap,   v)以后,ap指向第一个可变参数在的内存地址*/ 
#define   va_arg(ap,t)   (   *(t   *)((ap   +=   _INTSIZEOF(t))   -   _INTSIZEOF(t))   ) 
/*这个宏做了两个事情， 
①用用户输入的类型名对参数地址进行强制类型转换，得到用户所需要的值 
②计算出本参数的实际大小，将指针调到本参数的结尾，也就是下一个参数的首地址，以便后续处理。*/ 
　　#define   va_end(ap)   (   ap   =   (va_list)0   )   
/*x86平台定义为ap=(char*)0;使ap不再   指向堆栈,而是跟NULL一样.有些直接定义为((void*)0),这样编译器不会为va_end产生代码,例如gcc在linux的x86平台就是这样定义的.  

在这里大家要注意一个问题:由于参数的地址用于va_start宏,所以参数不能声明为寄存器变量或作为函数或数组类型.   */ 

以下再用图来表示: 

在VC等绝大多数C编译器中，默认情况下，参数进栈的顺序是由右向左的，因此，参数进栈以后的内存模型如下图所示：最后一个固定参数的地址位于第一个可变参数之下，并且是连续存储的。 
|——————————————————————————| 
|最后一个可变参数   |   -> 高内存地址处 
|——————————————————————————| 
................... 
|——————————————————————————| 
|第N个可变参数   |   -> va_arg(arg_ptr,int)后arg_ptr所指的地方, 
|   |   即第N个可变参数的地址。 
|———————————————   |   
…………………………. 
|——————————————————————————| 
|第一个可变参数   |   -> va_start(arg_ptr,start)后arg_ptr所指的地方 
|   |   即第一个可变参数的地址 
|———————————————   |   
|————————————————————————   ——| 
|   | 
|最后一个固定参数   |   ->   start的起始地址 
|——————————————   —|   ................. 
|——————————————————————————   | 
|   | 
|———————————————   |->   低内存地址处 


三.printf研究 

下面是一个简单的printf函数的实现，参考了中的156页的例子，读者可以结合书上的代码与本文参照。 
#include   "stdio.h " 
#include   "stdlib.h " 
void   myprintf(char*   fmt,   ...)   //一个简单的类似于printf的实现，//参数必须都是int   类型 
{   
char*   pArg=NULL;   //等价于原来的va_list   
char   c; 

pArg   =   (char*)   &fmt;   //注意不要写成p   =   fmt   !!因为这里要对//参数取址，而不是取值 
pArg   +=   sizeof(fmt);   //等价于原来的va_start   

do 
{ 
c   =*fmt; 
if   (c   !=   '% ') 
{ 
putchar(c);   //照原样输出字符 
} 
else 
{ 
//按格式字符输出数据 
switch(*++fmt)   
{ 
case   'd ': 
printf( "%d ",*((int*)pArg));   
break; 
case   'x ': 
printf( "%#x ",*((int*)pArg)); 
break; 
default: 
break; 
}   
pArg   +=   sizeof(int);   //等价于原来的va_arg 
} 
++fmt; 
}while   (*fmt   !=   '\0 ');   
pArg   =   NULL;   //等价于va_end 
return;   
} 

int   main(int   argc,   char*   argv[]) 
{ 
int   i   =   1234; 
int   j   =   5678; 

myprintf( "the   first   test:i=%d ",i,j);   
myprintf( "the   secend   test:i=%d;   %x;j=%d; ",i,0xabcd,j);   
system( "pause "); 
return   0; 
} 

在intel+win2k+vc6的机器执行结果如下： 
the   first   test:i=1234 
the   secend   test:i=1234;   0xabcd;j=5678; 

四.应用 
求最大值: 
#include   //不定数目参数需要的宏 
int   max(int   n,int   num,...) 
{ 
va_list   x;//说明变量x 
va_start(x,num);//x被初始化为指向num后的第一个参数 
int   m=num; 
for(int   i=1;i   { 
//将变量x所指向的int类型的值赋给y,同时使x指向下一个参数 
int   y=va_arg(x,int); 
if(y> m)m=y; 
} 
va_end(x);//清除变量x 
return   m; 
} 

int   main() 
{ 
printf( "%d,%d ",max(3,5,56),max(6,0,4,32,45,533)); 
return   0; 
}