摘要：一直以來(lái)都覺(jué)得printf似乎是c語(yǔ)言庫(kù)中功能最強(qiáng)大的函數(shù)之一，不僅因?yàn)樗芨袷交敵觯谟谒膮?shù)個(gè)數(shù)沒(méi)有限制，要幾個(gè)就給幾個(gè)，來(lái)者不拒。printf這種對(duì)參數(shù)個(gè)數(shù)和參數(shù)類型的強(qiáng)大適應(yīng)性，讓人產(chǎn)生了對(duì)它進(jìn)行探索的濃厚興趣。
關(guān)鍵字：printf, 可變參數(shù)
1. 使用情形
int a =10;
double b = 20.0;
char *str = "Hello world";
printf("begin print\n");
printf("a=%d, b=%.3f, str=%s\n", a, b, str);
...
從printf的使用情況來(lái)看，我們不難發(fā)現(xiàn)一個(gè)規(guī)律，就是無(wú)論其可變的參數(shù)有多少個(gè)，printf的第一個(gè)參數(shù)總是一個(gè)字符串。而正是這第一個(gè)參數(shù)，使得它可以確認(rèn)后面還有有多少個(gè)參數(shù)尾隨。而尾隨的每個(gè)參數(shù)占用的棧空間大小又是通過(guò)第一個(gè)格式字符串確定的。然而printf到底是怎樣取第一個(gè)參數(shù)后面的參數(shù)值的呢，請(qǐng)看如下代碼
2. printf 函數(shù)的實(shí)現(xiàn)
//acenv.h
typedef char *va_list;
#define _AUPBND (sizeof (acpi_native_int) - 1)
#define _ADNBND (sizeof (acpi_native_int) - 1)
#define _bnd(X, bnd) (((sizeof (X)) (bnd)) & (~(bnd)))
#define va_arg(ap, T) (*(T *)(((ap) = (_bnd (T, _AUPBND))) - (_bnd (T,_ADNBND))))
#define va_end(ap) (void) 0
#define va_start(ap, A) (void) ((ap) = (((char *) &(A)) (_bnd (A,_AUPBND))))
//start.c
static char sprint_buf[1024];
int printf(char *fmt, ...)
{
va_list args;
int n;
va_start(args, fmt);
n = vsprintf(sprint_buf, fmt, args);
va_end(args);
write(stdout, sprint_buf, n);
return n;
}
//unistd.h
static inline long write(int fd, const char *buf, off_t count)
{
return sys_write(fd, buf, count);
}
3. 分析
從上面的代碼來(lái)看，printf似乎并不復(fù)雜，它通過(guò)一個(gè)宏va_start把所有的可變參數(shù)放到了由args指向的一塊內(nèi)存中，然后再調(diào)用vsprintf. 真正的參數(shù)個(gè)數(shù)以及格式的確定是在vsprintf搞定的了。由于vsprintf的代碼比較復(fù)雜，也不是我們這里要討論的重點(diǎn)，所以下面就不再列出了。我們這里要討論的重點(diǎn)是va_start(ap, A)宏的實(shí)現(xiàn)，它對(duì)定位從參數(shù)A后面的參數(shù)有重大的制導(dǎo)意義。現(xiàn)在把 #define va_start(ap, A) (void) ((ap) = (((char *) &(A)) (_bnd (A,_AUPBND)))) 的含義解釋一下如下：
va_start(ap, A)
{
char *ap = ((char *)(&A)) sizeof(A)并int類型大小地址對(duì)齊
}
在printf的va_start(args, fmt)中，fmt的類型為char *, 因此對(duì)于一個(gè)32為系統(tǒng) sizeof(char *) = 4, 如果int大小也是32，則va_start(args, fmt);相當(dāng)于 char *args = (char *)(&fmt) 4; 此時(shí)args的值正好為fmt后第一個(gè)參數(shù)的地址。對(duì)于如下的可變參數(shù)函數(shù)
void fun(double d,...)
{
va_list args;
int n;
va_start(args, d);
}
則 va_start(args, d);相當(dāng)于
char *args = (char *)&d sizeof(double);
此時(shí)args正好指向d后面的第一個(gè)參數(shù)。
可變參數(shù)函數(shù)的實(shí)現(xiàn)與函數(shù)調(diào)用的棧結(jié)構(gòu)有關(guān)，正常情況下c/c 的函數(shù)參數(shù)入棧規(guī)則為__stdcall, 它是從右到左的，即函數(shù)中的最右邊的參數(shù)最先入棧。對(duì)于函數(shù)
void fun(int a, int b, int c)
{
int d;
...
}
其棧結(jié)構(gòu)為
0x1ffc-->d
0x2000-->a
0x2004-->b
0x2008-->c
對(duì)于任何編譯器，每個(gè)棧單元的大小都是sizeof(int), 而函數(shù)的每個(gè)參數(shù)都至少要占一個(gè)棧單元大小，如函數(shù) void fun1(char a, int b, double c, short d) 對(duì)一個(gè)32的系統(tǒng)其棧的結(jié)構(gòu)就是
0x1ffc-->a (4字節(jié))
0x2000-->b (4字節(jié))
0x2004-->c (8字節(jié))
0x200c-->d (4字節(jié))
對(duì)于函數(shù)void fun1(char a, int b, double c, short d)
如果知道了參數(shù)a的地址，則要取后續(xù)參數(shù)的值則可以通過(guò)a的地址計(jì)算a后面參數(shù)的地址，然后取對(duì)應(yīng)的值，而后面參數(shù)的個(gè)數(shù)可以直接由變量a指定，當(dāng)然也可以像printf一樣根據(jù)第一個(gè)參數(shù)中的%模式個(gè)數(shù)來(lái)決定后續(xù)參數(shù)的個(gè)數(shù)和類型。如果參數(shù)的個(gè)數(shù)由第一個(gè)參數(shù)a直接決定，則后續(xù)參數(shù)的類型如果沒(méi)有變化并且是已知的，則我們可以這樣來(lái)取后續(xù)參數(shù), 假定后續(xù)參數(shù)的類型都是double;
void fun1(int num, ...)
{
double *p = (double *)((&num) 1);
double Param1 = *p;
double Param2 = *(p 1);
...
double Paramn *(p num);
}
如果后續(xù)參數(shù)的類型是變化而且是未知的，則必須通過(guò)一個(gè)參數(shù)中設(shè)定模式來(lái)匹配后續(xù)參數(shù)的個(gè)數(shù)和類型，就像printf一樣，當(dāng)然我們可以定義自己的模式，如可以用i表示int參數(shù)，d表示double參數(shù)，為了簡(jiǎn)單，我們用一個(gè)字符表示一個(gè)參數(shù)，并由該字符的名稱決定參數(shù)的類型而字符的出現(xiàn)的順序也表示后續(xù)參數(shù)的順序。我們可以這樣定義字符和參數(shù)類型的映射表，
i---int
s---signed short
l---long
c---char
"ild"模式用于表示后續(xù)有三個(gè)參數(shù)，按順序分別為int, long, double類型的三個(gè)參數(shù)那么這樣我們可以定義自己版本的printf 如下
void printf(char *fmt, ...)
{
char s[80] = "";
int paramCount = strlen(fmt);
write(stdout, "paramCount = " , strlen(paramCount = ));
itoa(paramCount,s,10);
write(stdout, s, strlen(s));
char *p = (char *)(&fmt) sizeof(char *);
int *pi = (int *)p;
for (int i=0; i<paramCount; i )
{
char line[80] = "";
strcpy(line, "param");
itoa(i 1, s, 10);
strcat(line, s);
strcat(line, "=");
switch(fmt[i])
{
case 'i':
case 's':
itoa((*pi),s,10);
strcat(line, s);
pi ;
break;
case 'c':
{
int len = strlen(line);
line[len] = (char)(*pi);
line[len 1] = '\0';
}
break;
case 'l':
ltoa((*(long *)pi),s,10);
strcat(line, s);
pi ;
break;
default:
break;
}
}
}
也可以這樣定義我們的Max函數(shù)，它返回多個(gè)輸入整型參數(shù)的最大值
int Max(int n, ...)
{
int *p = &n 1;
int ret = *p;
for (int i=0; i<n; i )
{
if (ret < *(p i))
ret = *(p i);
}
return ret;
}
可以這樣調(diào)用, 后續(xù)參數(shù)的個(gè)數(shù)由第一個(gè)參數(shù)指定
int m = Max(3, 45, 12, 56);
int m = Max(1, 3);
int m = Max(2, 23, 45);
int first = 34, second = 45, third=5;
int m = Max(5, first, second, third, 100, 4);
結(jié)論
對(duì)于可變參數(shù)函數(shù)的調(diào)用有一點(diǎn)需要注意，實(shí)際的可變參數(shù)的個(gè)數(shù)必須比前面模式指定的個(gè)數(shù)要多，或者不小于，也即后續(xù)參數(shù)多一點(diǎn)不要緊，但不能少， 如果少了則會(huì)訪問(wèn)到函數(shù)參數(shù)以外的堆棧區(qū)域，這可能會(huì)把程序搞崩掉。前面模式的類型和后面實(shí)際參數(shù)的類型不匹配也有可能造成把程序搞崩潰，只要模式指定的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度大于后續(xù)參數(shù)長(zhǎng)度，則這種情況就會(huì)發(fā)生。如：
printf("%.3f, %.3f, %.6e", 1, 2, 3, 4);
參數(shù)1，2，3，4的默認(rèn)類型為整型，而模式指定的需要為double型，其數(shù)據(jù)長(zhǎng)度比int大，這種情況就有可能訪問(wèn)函數(shù)參數(shù)堆棧以外的區(qū)域，從而造成危險(xiǎn)。但是printf("%d, %d, %d", 1.0, 20., 3.0);這種情況雖然結(jié)果可能不正確，但是確不會(huì)造成災(zāi)難性后果。因?yàn)閷?shí)際指定的參數(shù)長(zhǎng)度比要求的參數(shù)長(zhǎng)度長(zhǎng)，堆棧不會(huì)越界。