一个printf(结构体指针)引发的血案

2021-03-25 09:02

编译、执行，打印结果如下：

示例3：参数类型是 char＊，但是参数个数不固定＃include ＜unistd．h＞＃include ＜stdio．h＞＃include ＜stdlib．h＞＃include ＜stdarg．h＞
void my＿printf＿string（char ＊first，．．．）｛ char ＊str ＝ first； va＿list arg； va＿start（arg， first）； do ｛ printf（＂％s ＂， str）； str ＝ va＿arg（arg， char＊）；｝ while （str ！＝ NULL ）； va＿end（arg）； printf（＂＂）；｝
int main（）｛ char ＊a ＝＂aaa＂，＊b ＝＂bbb＂，＊c ＝＂ccc＂； my＿printf＿string（a， b， c， NULL）；｝

编译、执行，打印结果如下：

注意：以上这3个示例中，虽然传入的参数个数是不固定的，但是参数的类型都必须是一样的！

另外，处理函数中必须能够知道传入的参数有多少个，处理 int 和 float 的函数是通过第一个参数来判断的，处理 char＊的函数是通过最后一个可变参数NULL来判断的。

2．可变参数的原理2．1 可变参数的几个宏定义typedef char ＊ va＿list；
＃define va＿start ＿crt＿va＿start＃define va＿arg ＿crt＿va＿arg ＃define va＿end ＿crt＿va＿end
＃define ＿crt＿va＿start（ap，v）（ ap ＝（va＿list）＿ADDRESSOF（v）＋＿INTSIZEOF（v））＃define ＿crt＿va＿arg（ap，t）（＊（t ＊）（（ap ＋＝＿INTSIZEOF（t））－＿INTSIZEOF（t）））＃define ＿crt＿va＿end（ap）（ ap ＝（va＿list）0 ）

注意：va＿list 就是一个 char＊型指针。

2．2 可变参数的处理过程

我们以刚才的示例 my＿printf＿int 函数为例，重新贴一下：

void my＿printf＿int（int num，．．．）／／ step1｛ int i， val； va＿list arg； va＿start（arg， num）；／／ step2 for（i ＝ 0； i ＜ num； i＋＋）｛ val ＝ va＿arg（arg， int）；／／ step3 printf（＂％d ＂， val）；｝ va＿end（arg）；／／ step4 printf（＂＂）；｝
int main（）｛ int a ＝ 1， b ＝ 2， c ＝ 3； my＿printf＿int（3， a， b， c）；｝

Step1：函数调用时

C语言中函数调用时，参数是从右到左、逐个压入到栈中的，因此在进入 my＿printf＿int 的函数体中时，栈中的布局如下：

Step2：执行 va＿start

va＿start（arg， num）；

把上面这语句，带入下面这宏定义：

＃define ＿crt＿va＿start（ap，v）（ ap ＝（va＿list）＿ADDRESSOF（v）＋＿INTSIZEOF（v））

宏扩展之后得到：

arg ＝（char ＊）num ＋ sizeof（num）；

结合下面的图来分析一下：首先通过＿ADDRESSOF 得到 num 的地址 0x01020300，然后强转成 char＊类型，再然后加上 num 占据的字节数（4个字节），得到地址 0x01020304，最后把这个地址赋值给 arg，因此 arg 这个指针就指向了栈中数字 1 的那个地址，也就是第一个参数，如下图所示：

Step3：执行 va＿arg

val ＝ va＿arg（arg， int）；

把上面这语句，带入下面这宏定义：

＃define ＿crt＿va＿arg（ap，t）（＊（t ＊）（（ap ＋＝＿INTSIZEOF（t））－＿INTSIZEOF（t）））

宏扩展之后得到：

val ＝（＊（int ＊）（（arg ＋＝＿INTSIZEOF（int））－＿INTSIZEOF（int）））

结合下面的图来分析一下：先把 arg 自增 int 型数据的大小（4个字节），使得 arg ＝ 0x01020308；然后再把这个地址（0x01020308）减去4个字节，得到的地址（0x01020304）里的这个值，强转成 int 型，赋值给 val，如下图所示：

简单理解，其实也就是：得到当前 arg 指向的 int 数据，然后把 arg 指向位于高地址处的下一个参数位置。

va＿arg 可以反复调用，直到获取栈中所有的函数传入的参数。

Step4：执行 va＿end

va＿end（arg）；

把上面这语句，带入下面这宏定义：

＃define ＿crt＿va＿end（ap）（ ap ＝（va＿list）0 ）

宏扩展之后得到：

arg ＝（char ＊）0；

这就好理解了，直接把指针 arg 设置为空。因为栈中的所有动态参数被提取后，arg 的值为 0x01020310（最后一个参数的上一个地址），如果不设置为 NULL 的话，下面使用的话就得到未知的结果，为了防止误操作，需要设置为NULL。

3． printf利用可变参数打印信息

理解了 C 语言中可变参数的处理机制，再来思考 printf 语句的实现机制就很好理解了。

3．1 GNU 中的 printf 代码＿＿printf （const char ＊format，．．．）｛ va＿list arg； int done；
va＿start （arg， format）； done ＝ vfprintf （stdout， format， arg）； va＿end （arg）；
return done；｝

可见，系统库中的 printf 也是这样来处理动态参数的，vfprintf 函数最终会调用系统函数 sys＿write，把数据输出到 stdout 设备上（显示器）。vfprintf 函数代码看起来还是有点复杂，不过稍微分析一下就可以得到其中的大概实现思路：

逐个比对格式化字符串中的每一个字符；如果是普通字符就直接输出；如果是格式化字符，就根据指定的数据类型，从可变参数中读取数据，输出显示；

以上只是很粗略的思路，实现细节肯定复杂的多，需要考虑各种细节问题。下面是 2 个简单的示例：

void my＿printf＿format＿v1（char ＊fmt，．．．）｛ va＿list arg； int d； char c，＊s；
va＿start（arg， fmt）； while （＊fmt）｛ switch （＊fmt）｛ case ＇s＇： s ＝ va＿arg（arg， char ＊）； printf（＂％s＂， s）； break；
case ＇d＇： d ＝ va＿arg（arg， int）； printf（＂％d＂， d）； break；
case ＇c＇： c ＝（char） va＿arg（arg， int）； printf（＂％c＂， c）； break； default： if （＇％＇！＝＊fmt ｜｜（＇s＇！＝＊（fmt ＋ 1）＆＆＇d＇！＝＊（fmt ＋ 1）＆＆＇c＇！＝＊（fmt ＋ 1））） printf（＂％c＂，＊fmt）； break；｝ fmt＋＋；｝ va＿end（arg）；｝
int main（）｛ my＿printf＿format＿v1（＂age ＝％d， name ＝％s， num ＝％d ＂， 20，＂zhangsan＂， 98）；｝

编译、执行，输出结果：

完美！但是再测试下面代码（把格式化字符串最后面的 num 改成 score）：

my＿printf＿format＿v1（＂age ＝％d， name ＝％s， score ＝％d ＂， 20，＂zhangsan＂， 98）；

编译、执行，输出结果：

因为普通字符串 score 中的字符 s 被第一个 case 捕获到了，所以发生错误。稍微改进一下：

void my＿printf＿format＿v2（char ＊fmt，．．．）｛ va＿list arg； int d； char c， lastC ＝＇＇，＊s；
va＿start（arg， fmt）； while （＊fmt）｛ switch （＊fmt）｛ case ＇s＇： if （＇％＇＝＝ lastC）｛ s ＝ va＿arg（arg， char ＊）； printf（＂％s＂， s）；｝ else ｛ printf（＂％c＂，＊fmt）；｝ break；
case ＇d＇： if （＇％＇＝＝ lastC）｛ d ＝ va＿arg（arg， int）； printf（＂％d＂， d）；｝ else ｛ printf（＂％c＂，＊fmt）；｝ break；
case ＇c＇： if （＇％＇＝＝ lastC）｛ c ＝（char） va＿arg（arg， int）； printf（＂％c＂， c）；｝ else ｛ printf（＂％c＂，＊fmt）；｝ break； default： if （＇％＇！＝＊fmt ｜｜（＇s＇！＝＊（fmt ＋ 1）＆＆＇d＇！＝＊（fmt ＋ 1）＆＆＇c＇！＝＊（fmt ＋ 1））） printf（＂％c＂，＊fmt）； break；｝ lastC ＝＊fmt； fmt＋＋；｝ va＿end（arg）；｝
int main（）｛ my＿printf＿format＿v2（＂age ＝％d， name ＝％s， score ＝％d ＂， 20，＂zhangsan＂， 98）；｝

编译、执行，打印结果：