[c&cpp] printf原理與變參支援

printf的聲明
int _cdecl printf(const char* format, …);

呼叫慣例:_cdecl

_cdecl呼叫慣例的特點:
    1). 參數從右向左依次入棧
    2). 調用者負責清理堆棧
    3). 參數的數量類型不會導致編譯階段的錯誤

對x86, 棧的生長方向向下(高地址向低地址)，_cdecl呼叫慣例函數參數從右向左入棧，因此從第一個固定參數(format)的堆棧地址向前(向上,向高地址)移動就可得到其他變參的地址。

1: va_list、va_start、va_arg、va_end對可變參數的支援 
    va_list、va_start、va_arg、va_end相關宏可以在stdarg.h中找到。

    // _INTSIZEOF(n)宏：將sizeof(n)按sizeof(int)對齊。
   #define _INTSIZEOF(n)   ((sizeof(n)+sizeof(int)-1)&~(sizeof(int) - 1) )

    // 取format參數之後的第一個變參地址，4位元組對齊
   #define va_start(ap,v) ( ap = (va_list)&v + _INTSIZEOF(v) )                    

    // 對type類型資料，先取到其四位元組對齊地址，再取其值
   #define va_arg(ap,t) ( *(t *)((ap += _INTSIZEOF(t)) - _INTSIZEOF(t)) )

    // 將指標置為無效   
   #define va_end(ap)    ( ap = (va_list)0 )                                                 

2: va_list的用法
      1).  首先在函數裡定義一具va_list型的變數，這個變數是指向參數的指標
      2).  然後用va_start宏初始設定變數剛定義的va_list變數，這個宏的第二個參數是第一個可變參數的前一個參數，也就是最後一個可變參數。
      3).  然後用va_arg返回可變的參數，va_arg的第二個參數是你要返回的參數的類型。
      4).  最後用va_end宏結束可變參數的擷取。然後你就可以在函數裡使用第二個參數了。如果函數有多個可變參數的，依次調用va_arg擷取各個參數。

3: 函數調用棧結構

       _cdecl呼叫慣例下,當執行一個函數的時候,將參數列表(由右向左)入棧,壓入堆棧的高地址部分,然後入棧函數的返回地址,接著入棧函數的執行代碼。
    函數在堆棧中的分布情況是:地址從高到低,  依次是:函數參數列表,函數返回地址,函數執行程式碼片段.
    在堆棧中,分布情況如下：
        高地址 –>  最後一個參數  
            |          倒數第二個參數
            |          ...
            |          第一個參數
            |          函數返回地址
       低地址 –>   函數程式碼片段

  

  比如Z函數調用A函數，棧的擴充次序如下所示:
   1). 自右向左(_cdecl約定)壓入參數
   2). Z的返回地址，也就是A執行完後，返回Z中的下一條指令地址
   3). 調用者的EBP。由編譯器插入指令實現：
        "pushl %ebp"
        "movl %esp, %ebp"     //esp為棧指標

        因而形成一個鏈表。依此可得到調用者的棧頂位置（對於A的EBP，得到Z的EBP地址為0x000f）。
  4).  局部變數。

  隨著棧的擴充，棧頂指標由高地址向低地址移動。

4: 可變參數支援例子

   1:  #include "stdafx.h"

   2:  #include <iostream>

   3:  #include <stdarg.h>

   4:  using namespace std;

   5:   

   6:  void arg_test(int i, ...);

   7:  void arg_cnt(int cnt, ...);

   8:   

   9:  int main(int argc,char *argv[]) {

  10:   

  11:      int int_size = _INTSIZEOF(int);

  12:      printf(" int_size = %d \n", int_size);

  13:      arg_test(0, 4);

  14:      arg_cnt(4,1,2,3,4);

  15:      return 0;

  16:  }

  17:  void arg_test(int i, ...) {

  18:      int j=0;

  19:      

  20:      // 1: 首先在函數裡定義一具va_list型的變數，這個變數是指向參數的指標

  21:      va_list arg_ptr;     

  22:      

  23:      // 2: 然後用va_start宏初始設定變數剛定義的va_list變數，

  24:      //    這個宏的第二個參數是第一個可變參數的前一個參數，也就是最後一個固定的參數。

  25:      //    va_start返回的是一個可變參數地址

  26:      va_start(arg_ptr, i); 

  27:   

  28:      //列印參數i在堆棧中的地址

  29:      printf(" &i = %p \n", &i);

  30:      // 調用va_start之後arg_ptr指向第一個可變參數,比參數i的地址高sizeof(int)個位元組

  31:      printf(" arg_ptr = %p \n", arg_ptr);  

  32:   

  33:      j=*((int *)arg_ptr);

  34:      printf(" %d %d \n", i, j);

  35:   

  36:      // 3. 然後用va_arg返回下一個可變的參數地址，va_arg的第二個參數是你要返回的參數的類型。

  37:      j = va_arg(arg_ptr, int);

  38:   

  39:      // 調用va_arg指向，arg_ptr指向下一個可變參數地址

  40:      printf(" arg_ptr = %p \n", arg_ptr);

  41:      

  42:      // va_end宏結束可變參數的擷取

  43:      va_end(arg_ptr);

  44:      

  45:      printf(" %d %d\n", i, j);

  46:  }//arg_test

  47:   

  48:  // 利用第一個參數指定可變參數數目

  49:  void arg_cnt(int cnt, ...) {

  50:      int value=0;

  51:      int i=0;

  52:      int arg_cnt = cnt;

  53:      va_list arg_ptr; 

  54:      va_start(arg_ptr, cnt); 

  55:      

  56:      for(i = 0; i < cnt; i++) {

  57:          value = va_arg(arg_ptr,int);

  58:          printf(" value %d = %d \n", i+1, value);

  59:      }//for

  60:  }//arg_cnt

５: printf的相關問題

   1:      int i = 0;

   2:      printf(" %d , %d \n",i,i++);  // 輸出1,0

   3:      i = 0;

   4:      printf(" %d , %d \n",i,++i);  // 輸出1,1

   5:      

   6:      int a[]={0,1,2,3,4};

   7:      int *int_ptr = a;

   8:      (*int_ptr++) += 111; // 等價於:*int_ptr= *int_ptr + 111; int_ptr += 1;

   9:      printf(" %d , %d \n",*int_ptr,*(int_ptr--)); // 輸出111,1

對於printf，首先入棧的是*(int_ptr—),入棧的是1，之後int_ptr指向位置0,之後*int_ptr入棧,入棧的是111.所以printf輸出的是 : 111,1.