C/C++中printf的实现

C中的可变参数研究 

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; 
}
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完整程序代码如下： 
#include  

int &f() 
{ 
int i=0; 
int &j=i; 
return j; 
} 

int g() 
{ 
int j=20; 
return j; 
} 

void main(void) 
{ 
int &ri=f(); 
int rj=g(); 
printf("ri=%d\trj=%d\n",ri,rj,1,2,3,4,5,6,7); 
int &gi=f(); 
int gj=g(); 
printf("gi=%d\tgj=%d\n",gi,gj); 
} 

printf("ri=%d\trj=%d\n",ri,rj,1,2,3,4,5,6,7); 函数的这种用法实在是不知道如何理解它的执行过程，请高手解答，谢谢!!!
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