Linux內核中的printf實現

從main.c中的printf開始讀這個函數。

首先看printf函數的定義：

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	}

參數中明顯採用了可變參數的定義，而在main.c函數的後面直接調用了printf函數，我們可以看下printf函數的參數是如何使用的。

1	printf("%dbuffers=%dbytesbufferspace\n\r",NR_BUFFERS,
2	NR_BUFFERS*BLOCK_SIZE);
3	printf("Freemem:%dbytes\n\r",memory_end-main_memory_start);

先來分析第一個printf調用：

printf("%dbuffers=%dbytesbufferspace\n\r",NR_BUFFERS, NR_BUFFERS*BLOCK_SIZE);

可以看到*fmt等於"%dbuffers=%dbytesbufferspace\n\r”，是一個char 類型的指針，指向字符串的啓始位置。而可變的參數在這裏是NR_BUFFERS和NR_BUFFERS*BLOCK_SIZE。

其中NR_BUFFERS在buffer.c中定義爲緩衝區的頁面大小，類型爲int；BLOCK_SIZE在fs.h中的定義爲

#define BLOCK_SIZE 1024

因此兩個可變參數NR_BUFFERS和NR_BUFFERS*BLOCK_SIZE都爲int類型；

以前已經分析過可變參數的一系列實現函數va函數。

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 );

首先在函數裏定義一個va_list型的變量,這裏是arg_ptr,這個變量是指向參數的指針。然後使用va_start使arg_ptr指針指向prev_param的下一位，然後使用va_args取出從arg_ptr開始的type類型長度的數據，並返回這個數據，最後使用va_end結束可變參數的獲取。

在printf("%dbuffers=%dbytesbufferspace\n\r",NR_BUFFERS, NR_BUFFERS*BLOCK_SIZE)中，根據以上的分析fmt指向字符串，args首先指向第一個可變參數，也就是NR_BUFFERS(args在經過一次type va_arg( va_list arg_ptr, type )調用後，會根據type的長度自動增加，從而指向第二個可變參數NR_BUFFERS*BLOCK_SIZE)。

我們先不管write函數的實現，首先來看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; /* flagstonumber()*/
10
11	int field_width; /* widthofoutputfield*/
12	int precision; /* min.#ofdigitsforintegers;max
13	numberofcharsforfromstring*/
14	int qualifier; /* 'h','l',or'L'forintegerfields*/
15
16	for (str=buf ; *fmt ; ++fmt) { //str爲最終存放字符串的位置但是他隨着字符串增長而增長，buf始終指向最終字符串的啓始位置。fmt爲格式字符串
17	if (*fmt != '%') {
18	*str++ = *fmt; //如果不是%則表示這是需要原樣打印的字符串，直接複製即可
19	continue;
20	}
21
22	/* process flags */
23	flags = 0;
24	repeat:
25	++fmt; /*thisalsoskipsfirst'%'*/ //fmt指向%的後一位
26	switch (*fmt) {
27	case '-': flags |= LEFT;goto repeat;
28	case '+': flags |= PLUS;goto repeat;
29	case ' ': flags |= SPACE;goto repeat; //判斷標誌位，並設置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 conversionqualifier*/
62	qualifier = -1;
63	if (*fmt == 'h' || *fmt =='l' || *fmt =='L') {
64	qualifier = *fmt;
65	++fmt;
66	}
67
68	switch (*fmt) { //如果沒有上面奇怪的標誌位(*/./h/l/L)則fmt仍然指向%的後一位，下面判斷這個標誌位
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，首先設定flags，然後利用number函數將可變參數取出，並根據base(這裏是10)然後轉換成字符串，賦給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 != '%')//如果格式轉換符不是%，則表示出錯，直接打印一個%。如果是%，那麼格式轉換符就是%%，就由下面if(*fmt)只輸出一個%
132	*str++ = '%';
133	if (*fmt)
134	*str++ = *fmt;//如果格式轉換符不正確則輸出%+不正確的格式轉換符。如果是%%，則只輸出一個%
135	else
136	--fmt;//如果轉換格式符不是上面這些正確的，也不是空，那麼直接輸出，並返回到判斷fmt的for語句；否則就指向末尾了，fmt後退一位，這樣在for循環自動再加1進行判斷時*fmt的條件就不滿足，退出for循環
137	break;
138	}
139	}
140	*str = '\0';//設定str字符串的最後一位爲'\0'
141	return str-buf;//返回值爲字符串的長度
142

這樣我們就實現了根據fmt中的格式轉換符將可變參數轉換到相應的格式，利用write函數進行輸出的目的。

而後者的可變參數memory_end-main_memory_start，根據main.c中的定義

static long buffer_memory_end = 0;
static long main_memory_start = 0;可見爲主內存的大小，類型爲long。分析同上

而write函數跟fork函數一樣是由_syscall*來實現的，內嵌彙編就不多解釋了，直接展開就行

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; \
}