printf原理

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;
}