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Linux内核中的printf实现

从main.c中的printf开始读这个函数。

首先看printf函数的定义:

1

static int printf(const char *fmt, ...)

2

{

3

va_list args;

4

int i;

5

6

va_start(args, fmt);

7

write(1,printbuf,i=vsprintf(printbuf, fmt, args));

8

va_end(args);

9

return i;

10

}

参数中明显采用了可变参数的定义,而在main.c函数的后面直接调用了printf函数,我们可以看下printf函数的参数是如何使用的。

1

printf("%d buffers = %d bytes buffer space\n\r",NR_BUFFERS,

2

NR_BUFFERS*BLOCK_SIZE);

3

printf("Free mem: %d bytes\n\r",memory_end-main_memory_start);

先来分析第一个printf调用:

printf("%d buffers = %d bytes buffer space\n\r",NR_BUFFERS, NR_BUFFERS*BLOCK_SIZE);

可以看到*fmt等于"%d buffers = %d bytes buffer space\n\r”,是一个char 类型的指针,指向字符串的启始位置。而可变的参数在这里是NR_BUFFERS和NR_BUFFERS*BLOCK_SIZE。

其中NR_BUFFERS在buffer.c中定义为缓冲区的页面大小,类型为int;BLOCK_SIZE在fs.h中的定义为

#define BLOCK_SIZE 1024

因此两个可变参数NR_BUFFERS和NR_BUFFERS*BLOCK_SIZE都为int类型;

以前已经分析过可变参数的一系列实现函数va函数。

va_list arg_ptr;

void va_start( va_list arg_ptr, prev_param ); type va_arg( va_list arg_ptr, type ); void va_end( va_list arg_ptr );

首先在函数里定义一个va_list型的变量,这里是arg_ptr,这个变量是指向参数的指针。然后使用va_start使arg_ptr指针指向prev_param的下一位,然后使用va_args取出从arg_ptr开始的type类型长度的数据,并返回这个数据,最后使用va_end结束可变参数的获取。

在printf("%d buffers = %d bytes buffer space\n\r",NR_BUFFERS, NR_BUFFERS*BLOCK_SIZE)中,根据以上的分析fmt指向字符串,args首先指向第一个可变参数,也就是NR_BUFFERS(args在经过一次type va_arg( va_list arg_ptr, type )调用后,会根据type的长度自动增加,从而指向第二个可变参数NR_BUFFERS*BLOCK_SIZE)。

我们先不管write函数的实现,首先来看vsprint。

1

int vsprintf(char *buf, const char *fmt, va_list args)

2

{

3

int len;

4

int i;

5

char * str;

6

char *s;

7

int *ip;

8

9

int flags; /* flags to number() */

10

11

int field_width; /* width of output field */

12

int precision; /* min. # of digits for integers; max

13

number of chars for from string */

14

int qualifier; /* 'h', 'l', or 'L' for integer fields */

15

16

for (str=buf ; *fmt ; ++fmt) { //str为最终存放字符串的位置但是他随着字符串增长而增长,buf始终指向最终字符串的启始位置。fmt为格式字符串

17

if (*fmt != '%') {

18

*str++ = *fmt; //如果不是%则表示这是需要原样打印的字符串,直接复制即可

19

continue;

20

}

21

22

/* process flags */

23

flags = 0;

24

repeat:

25

++fmt; /* this also skips first '%' */ //fmt指向%的后一位

26

switch (*fmt) {

27

case '-': flags |= LEFT; goto repeat;

28

case '+': flags |= PLUS; goto repeat;

29

case ' ': flags |= SPACE; goto repeat; //判断标志位,并设置flags

30

case '#': flags |= SPECIAL; goto repeat;

31

case '0': flags |= ZEROPAD; goto repeat;

32

}

33

34

/* get field width */

35

field_width = -1;

36

if (is_digit(*fmt))

37

field_width = skip_atoi(&fmt);

38

else if (*fmt == '*') {

39

/* it's the next argument */

40

field_width = va_arg(args, int);

41

if (field_width < 0) {

42

field_width = -field_width;

43

flags |= LEFT;

44

}

45

}

46

47

/* get the precision */

48

precision = -1;

49

if (*fmt == '.') {

50

++fmt;

51

if (is_digit(*fmt))

52

precision = skip_atoi(&fmt);

53

else if (*fmt == '*') {

54

/* it's the next argument */

55

precision = va_arg(args, int);

56

}

57

if (precision < 0)

58

precision = 0;

59

}

60

61

/* get the conversion qualifier */

62

qualifier = -1;

63

if (*fmt == 'h' || *fmt == 'l' || *fmt == 'L') {

64

qualifier = *fmt;

65

++fmt;

66

}

67

68

switch (*fmt) { //如果没有上面奇怪的标志位(*/./h/l/L)则fmt仍然指向%的后一位,下面判断这个标志位

69

case 'c':

70

if (!(flags & LEFT))

71

while (--field_width > 0)

72

*str++ = ' ';

73

*str++ = (unsigned char) va_arg(args, int);

74

while (--field_width > 0)

75

*str++ = ' ';

76

break;

77

78

case 's':

79

s = va_arg(args, char *);

80

len = strlen(s);

81

if (precision < 0)

82

precision = len;

83

else if (len > precision)

84

len = precision;

85

86

if (!(flags & LEFT))

87

while (len < field_width--)

88

*str++ = ' ';

89

for (i = 0; i < len; ++i)

90

*str++ = *s++;

91

while (len < field_width--)

92

*str++ = ' ';

93

break;

94

95

case 'o':

96

str = number(str, va_arg(args, unsigned long), 8,

97

field_width, precision, flags);

98

break;

99

100

case 'p':

101

if (field_width == -1) {

102

field_width = 8;

103

flags |= ZEROPAD;

104

}

105

str = number(str,

106

(unsigned long) va_arg(args, void *), 16,

107

field_width, precision, flags);

108

break;

109

110

case 'x':

111

flags |= SMALL;

112

case 'X':

113

str = number(str, va_arg(args, unsigned long), 16,

114

field_width, precision, flags);

115

break;

116

117

case 'd': //如果是整型,首先设定flags,然后利用number函数将可变参数取出,并根据base(这里是10)然后转换成字符串,赋给str

118

case 'i':

119

flags |= SIGN;

120

case 'u':

121

str = number(str, va_arg(args, unsigned long), 10,

122

field_width, precision, flags);

123

break;

124

125

case 'n':

126

ip = va_arg(args, int *);

127

*ip = (str - buf);

128

break;

129

130

default:

131

if (*fmt != '%')//如果格式转换符不是%,则表示出错,直接打印一个%。如果是%,那么格式转换符就是%%,就由下面if(*fmt)只输出一个%

132

*str++ = '%';

133

if (*fmt)

134

*str++ = *fmt;//如果格式转换符不正确则输出%+不正确的格式转换符。如果是%%,则只输出一个%

135

else

136

--fmt;//如果转换格式符不是上面这些正确的,也不是空,那么直接输出,并返回到判断fmt的for语句;否则就指向末尾了,fmt后退一位,这样在for循环自动再加1进行判断时*fmt的条件就不满足,退出for循环

137

break;

138

}

139

}

140

*str = '\0';//设定str字符串的最后一位为'\0'

141

return str-buf;//返回值为字符串的长度

142

这样我们就实现了根据fmt中的格式转换符将可变参数转换到相应的格式,利用write函数进行输出的目的。

而后者的可变参数memory_end-main_memory_start,根据main.c中的定义

static long buffer_memory_end = 0; static long main_memory_start = 0;可见为主内存的大小,类型为long。分析同上

而write函数跟fork函数一样是由_syscall*来实现的,内嵌汇编就不多解释了,直接展开就行

write.c

_syscall3(int,write,int,fd,const char *,buf,off_t,count)

unistd.h

#define _syscall3(type,name,atype,a,btype,b,ctype,c) \ type name(atype a,btype b,ctype c) \ { \ long __res; \ __asm__ volatile ("int $0x80" \ : "=a" (__res) \ : "0" (__NR_##name),"b" ((long)(a)),"c" ((long)(b)),"d" ((long)(c))); \ if (__res>=0) \ return (type) __res; \ errno=-__res; \ return -1; \ }

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原始发表时间:2018-07-23

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