实现简单的printf函数

时间:2021-06-29 19:24:05
首先,要介绍一下printf实现的原理

printf函数原型如下:
int printf(const char* format,...);

返回值是int,返回输出的字符个数。

例如:
int main()
{
int n;
n=printf("hello world,%d\n",100);
printf("返回值:%d\n",n);
return 0;
}


测试结果:

hello world,100

返回值:16

测试结果是16,是因为100虽然是整型数,但是输出时计算返回值它是3个字符。



参数format是一个字符指针,指向printf里的第一个字符串。

参数...是不定参数。这是printf能够实现的核心。

接下来介绍一下不定参数是如何实现的。

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

函数的参数由右向左依次入栈,如下图:

实现简单的printf函数


比如我们printf实际输入的参数有4个,printf(char* format,arg1,arg2,arg3,arg4);

这些参数在内存中从低地址到高地址依次为format,arg1,arg2,arg3,arg4。

因为format是指针,所以所占的字节大小为一个int的大小。

所以如果我们找到format的储存地址,从format首地址开始,加上一个int的大小,此时地址刚好就是参数arg1的首地址,然后再加上sizeof(arg1),此时地址又刚好是arg2的首地址,这样我们就能依次找出参数所在地址。

具体实现时,我们只需要定义一个指针变量ap指向arg1参数的起始地址,同时分析format参数所指的字符串,从字符串第一个字符开始检查,如果遇到%则通过分析%后面的字符就能判断出变量的类型,此时输出ap地址上所指向的变量的值,同时ap指针向右移动该变量类型大小字节个单位,使ap指向下一个参数的储存地址,然后再次分析字符串,直到分析到字符串结尾结束。

通过上面的参数入栈方式我们可以得到如下结论:


如果想将栈中的参数读出来,我们只需要知道,栈顶元素的地址即第一个参数的地址即可。通过前面变参函数的分析,通过变参函数第一个参数可以知道传递的参数个数。

当然,每个参数都有自己的类型,还有的就是字节对齐了。在读取参数的时候,这些问题都必须考虑到。

实际上处理变参时,已经有封装好的宏处理这些所有问题

typedef   char  * va_list;                  //将char*别名为va_list;



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

#define va_start(ap,v) (ap = (va_list)&v + _INTSIZEOF(v))

#define va_arg(ap,t) (*(t*)((ap += _INTSIZEOF(t)) - _INTSIZEOF(t)))

#define va_end(ap) (ap = (va_list)0)




这些宏在不同的操作系统,有不同的实现,想使用的话,只需要包含头文件stdarg.h就可以了。

(1)va_start宏的作用 :

printf(const char* format,arg1,agr2,....)

实现ap指向第一个实际参数arg1的地址,实际参数指第一个参数format后的第一个参数arg1。即va_start(ap,format)。

(2)va_arg宏作用:

t指的是分析出来的实际参数的变量类型,首先ap向后移动sizeof(t)个单位,指向下一个实际参数的地址,同时返回(ap-sizeof(t))的地址,返回的地址跟刚开始时地址一样。实际上就是为了ap移动到下一个参数的地址,为了下一次输出。

(3)va_end宏的作用

将ap指针赋值为NULL,即0

看一下实现代码:

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<stdarg.h>

void printch(const char ch) //输出字符
{
putchar(ch);
}


void printint(const int dec) //输出整型数
{
if(dec == 0)
{
return;
}
printint(dec / 10);
putchar((char)(dec % 10 + '0'));
}


void printstr(const char *ptr) //输出字符串
{
while(*ptr)
{
putchar(*ptr);
ptr++;
}
}


void printfloat(const float flt) //输出浮点数,小数点第5位四舍五入
{
int tmpint = (int)flt;
int tmpflt = (int)(100000 * (flt - tmpint));
if(tmpflt % 10 >= 5)
{
tmpflt = tmpflt / 10 + 1;
}
else
{
tmpflt = tmpflt / 10;
}
printint(tmpint);
putchar('.');
printint(tmpflt);

}


void my_printf(const char *format,...)
{
va_list ap;
va_start(ap,format); //将ap指向第一个实际参数的地址
while(*format)
{
if(*format != '%')
{
putchar(*format);
format++;
}
else
{
format++;
switch(*format)
{
case 'c':
{
char valch = va_arg(ap,int); //记录当前实践参数所在地址
printch(valch);
format++;
break;
}
case 'd':
{
int valint = va_arg(ap,int);
printint(valint);
format++;
break;
}
case 's':
{
char *valstr = va_arg(ap,char *);
printstr(valstr);
format++;
break;
}
case 'f':
{
float valflt = va_arg(ap,double);
printfloat(valflt);
format++;
break;
}
default:
{
printch(*format);
format++;
}
}
}
}
va_end(ap);
}


int main()
{
char ch = 'A';
char *str = "hello world";
int dec = 1234;
float flt = 1234.45678;
my_printf("ch = %c,str = %s,dec = %d,flt = %f\n",ch,str,dec,flt);
return 0;
}

 运行结果:

ch = A,str = hello world,dec = 1234,flt = 1234.4568





实际上,实现时可以用一个更简单的函数,vprintf函数。

int vprintf(char *format, va_list param);

printf的功能就是用它来实现的,所不同的是,它用一个参数取代了变长参数表,且此参数是通过调用va_start宏进行初始化。其实vprintf也是经过封装的一个函数。
这样就省了我们调用宏对变参函数进行处理,只要开始调用一次va_start宏进行一次初始化即可。


代码如下:

#include<stdio.h>
#include<stdarg.h>


int my_printf(char *str,...)
{
int n; //记录返回值
va_list list;
va_start(list,str);
n=vprintf(str,list);
va_end(list);
return n;
}

int main()
{

my_printf("%s,%d","hello world",10);

}

运行结果:

hello world,10