• C/C++ 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

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