实现简单的printf函数

Myth丶恋晨 2022-09-24 11:16 245阅读 0赞

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：

![Center][]

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

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