By Long Luo

一、引言

在上一篇 深入剖析printf函数(上)：如何不借助第三方库在屏幕上输出"Hello World"? 里，我们已经实现了用汇编语言在屏幕上输出了“Hello World”， 迈出了万里长征的第一步，但是我们知道实际的printf的功能是十分强大的，它和scanf一样属于标准输入输出的一种格式化函数，我们一般是这样使用它的：

printf()的基本形式：printf("格式控制字符串"，变量列表)；

二、格式化输出

printf()函数是格式输出函数，请求printf()打印变量的指令取决与变量的类型．

例如，在打印整数是使用％d符号，在打印字符是用％c符号．这些符号被称为转换说明．因为它们指定了如何不数据转换成可显示的形式．

下列列出的是ANSI C标准printf()提供的各种转换说明：

转换说明及作为结果的打印输出
％a                浮点数、十六进制数字和p-记数法（Ｃ９９）
%A　　　　浮点数、十六进制数字和p-记法（Ｃ９９）
%c　　　　一个字符　
%d　　　　有符号十进制整数　
%e　　　　浮点数、e-记数法
%E　　　　浮点数、Ｅ-记数法
%f　　　　浮点数、十进制记数法　　
%g　　　　根据数值不同自动选择％f或％e．
%G　　　　根据数值不同自动选择％f或％e.
%i               有符号十进制数（与％d相同）
%o　　　　无符号八进制整数
%p　　　　指针　　　　
%s　　　　字符串
%u　　　　无符号十进制整数
%x　　　　使用十六进制数字０f的无符号十六进制整数　
%X　　　　使用十六进制数字０f的无符号十六进制整数
%%　　　　打印一个百分号

三、形参列表的读入

printf函数的参数列表是如下的形式：

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

类似于上面参数列表中的token：...，这个是可变形参的一种写法。当传递参数的个数不确定时，就可以用这种方式来表示。

但是电脑比程序员更笨，函数体必须知道具体调用时参数的个数才能保证顺利执行，那么我们必须寻找一种方法来了解参数的个数。

让我们先回到代码中来：

/************************************************************************************
** File: - Z:\code\c\LLprintf\print2.1\LLprintf.c
**  
** Copyright (C), Long.Luo, All Rights Reserved!
** 
** Description: 
**      LLprintf.c
** 
** Version: 2.0
** Date created: 23:56:33,24/01/2013
** Author: Long.Luo
** 
** --------------------------- Revision History: --------------------------------
**  <author>    <data>          <desc>
** 
************************************************************************************/

 
#include "LLprintf.h"


// Lprintf
int Lprintf(const char *fmt, ...)
{
    int i;
    char buf[256];

    va_list arg = (va_list)((char*)(&fmt) + 4); /*4是参数fmt所占堆栈中的大小*/
    i = vsLprintf(buf, fmt, arg);
    buf[i] = 0;
    LLprint(buf, i);

    return i;
}

如上面代码中的：

va_list arg = (va_list)((char*)(&fmt) + 4); 

而va_list的定义：

typedef char *va_list

这说明它是一个字符指针。

其中的：(char*)(&fmt) + 4) 表示的是...中的第一个参数。

大家肯定很迷惑，不急，再详细解释：

C语言中，参数压栈的方向是从右往左。也就是说，当调用printf函数的适合，先是最右边的参数入栈。

fmt是一个指针，这个指针指向第一个const参数（const char *fmt)中的第一个元素。

fmt也是个变量，它的位置，是在栈上分配的，它也有地址。

对于一个char *类型的变量，它入栈的是指针，而不是这个char *型变量。

换句话说：
你sizeof(p) (p是一个指针，假设p=&i,i为任何类型的变量都可以）得到的都是一个固定的值。（我的计算机中都是得到的4）

当然，我还要补充的一点是：栈是从高地址向低地址方向增长的。

现在我想你该明白了：为什么说(char*)(&fmt) + 4) 表示的是...中的第一个参数的地址。

为毛我还是不明白啊？？？？

不急，我给你更直观的解释：

/******************************************************************************************
                        可变参数函数调用原理（其中涉及的数字皆为举例）
===========================================================================================

i = 0x23;
j = 0x78;
char fmt[] = "%x%d";
printf(fmt, i, j);

        push    j
        push    i
        push    fmt
        call    printf
        add     esp, 3 * 4


                ┃        HIGH        ┃                        ┃        HIGH        ┃
                ┃        ...         ┃                        ┃        ...         ┃
                ┣━━━━━━━━━━┫                        ┣━━━━━━━━━━┫
                ┃                    ┃                 0x32010┃        '\0'        ┃
                ┣━━━━━━━━━━┫                        ┣━━━━━━━━━━┫
         0x3046C┃        0x78        ┃                 0x3200c┃         d          ┃
                ┣━━━━━━━━━━┫                        ┣━━━━━━━━━━┫
   arg = 0x30468┃        0x23        ┃                 0x32008┃         %          ┃
                ┣━━━━━━━━━━┫                        ┣━━━━━━━━━━┫
         0x30464┃      0x32000 ───╂────┐       0x32004┃         x          ┃
                ┣━━━━━━━━━━┫        │              ┣━━━━━━━━━━┫
                ┃                    ┃        └──→ 0x32000┃         %          ┃
                ┣━━━━━━━━━━┫                        ┣━━━━━━━━━━┫
                ┃        ...         ┃                        ┃        ...         ┃
                ┃        LOW         ┃                        ┃        LOW         ┃

实际上，调用 vsprintf 的情形是这样的：

        vsLprintf(buf, 0x32000, 0x30468);

******************************************************************************************/

下面我们来看看下一句：

i = vsLprintf(buf, fmt, arg);

这句起什么作用呢？

让我们进入下一节：对参数进行格式化处理。

四、参数格式化输出

让我们来看看vsLprintf(buf, fmt, arg)是什么函数：

int vsLprintf(char *buf, const char *fmt, va_list args)
{
    char *p;
    int m;
    char inner_buf[STR_DEFAULT_LEN];
    char cs;
    int align_nr;
    
    va_list p_next_arg = args;

    for (p=buf; *fmt; fmt++) {
        if (*fmt != '%') {
            *p++ = *fmt;
            continue;
        }
        else {      /* a format string begins */
            align_nr = 0;
        }

        fmt++;

        if (*fmt == '%') {
            *p++ = *fmt;
            continue;
        }
        else if (*fmt == '0') {
            cs = '0';
            fmt++;
        }
        else {
            cs = ' ';
        }
        while (((unsigned char)(*fmt) >= '0') && ((unsigned char)(*fmt) <= '9')) {
            align_nr *= 10;
            align_nr += *fmt - '0';
            fmt++;
        }

        char * q = inner_buf;
        memset(q, 0, sizeof(inner_buf));

        switch (*fmt) {
        case 'c':
            *q++ = *((char*)p_next_arg);
            p_next_arg += 4;
            break;
        case 'x':
            m = *((int*)p_next_arg);
            i2a(m, 16, &q);
            p_next_arg += 4;
            break;
        case 'd':
            m = *((int*)p_next_arg);
            if (m < 0) {
                m = m * (-1);
                *q++ = '-';
            }
            i2a(m, 10, &q);
            p_next_arg += 4;
            break;
        case 's':
            strcpy(q, (*((char**)p_next_arg)));
            q += strlen(*((char**)p_next_arg));
            p_next_arg += 4;
            break;
        default:
            break;
        }

        int k;
        for (k = 0; k < ((align_nr > strlen(inner_buf)) ? (align_nr - strlen(inner_buf)) : 0); k++) {
            *p++ = cs;
        }
        q = inner_buf;
        while (*q) {
            *p++ = *q++;
        }
    }

    *p = 0;

    return (p - buf);
}

这个函数起什么作用呢？

我们回想下printf起什么作用呢？

哦，printf接受一个格式化的命令，并把指定的匹配的参数格式化输出。
　　
好的，我们再看看i = vsLprintf(buf, fmt, arg);

vsLprintf返回的是一个长度值，那这个值是什么呢？

会不会是打印出来的字符串的长度呢？

没错，返回的就是要打印出来的字符串的长度。

其实看看printf中后面的一句：LLprint(buf, i)。

介个是干啥的？

什么，你不知道，那赶紧看上一篇文章。
　　
总结：vsLprintf的作用就是格式化。

它接受确定输出格式的格式字符串fmt。用格式字符串对个数变化的参数进行格式化，产生格式化输出。

我们也可以看看一个串口的printf的实现：

//*****************************************************************************
//
//! A simple UART based printf function supporting \%c, \%d, \%p, \%s, \%u,
//! \%x, and \%X.
//!
//! \param pcString is the format string.
//! \param ... are the optional arguments, which depend on the contents of the
//! format string.
//!
//! This function is very similar to the C library <tt>fprintf()</tt> function.
//! All of its output will be sent to the UART.  Only the following formatting
//! characters are supported:
//!
//! - \%c to print a character
//! - \%d to print a decimal value
//! - \%s to print a string
//! - \%u to print an unsigned decimal value
//! - \%x to print a hexadecimal value using lower case letters
//! - \%X to print a hexadecimal value using lower case letters (not upper case
//! letters as would typically be used)
//! - \%p to print a pointer as a hexadecimal value
//! - \%\% to print out a \% character
//!
//! For \%s, \%d, \%u, \%p, \%x, and \%X, an optional number may reside
//! between the \% and the format character, which specifies the minimum number
//! of characters to use for that value; if preceded by a 0 then the extra
//! characters will be filled with zeros instead of spaces.  For example,
//! ``\%8d'' will use eight characters to print the decimal value with spaces
//! added to reach eight; ``\%08d'' will use eight characters as well but will
//! add zeroes instead of spaces.
//!
//! The type of the arguments after \e pcString must match the requirements of
//! the format string.  For example, if an integer was passed where a string
//! was expected, an error of some kind will most likely occur.
//!
//! \return None.
//
//*****************************************************************************
void
UARTprintf(const char *pcString, ...)
{
    unsigned long ulIdx, ulValue, ulPos, ulCount, ulBase, ulNeg;
    char *pcStr, pcBuf[16], cFill;
    va_list vaArgP;

    //
    // Check the arguments.
    //
    ASSERT(pcString != 0);

    //
    // Start the varargs processing.
    //
    va_start(vaArgP, pcString);

    //
    // Loop while there are more characters in the string.
    //
    while(*pcString)
    {
        //
        // Find the first non-% character, or the end of the string.
        //
        for(ulIdx = 0; (pcString[ulIdx] != '%') && (pcString[ulIdx] != '\0');
            ulIdx++)
        {
        }

        //
        // Write this portion of the string.
        //
        UARTwrite(pcString, ulIdx);

        //
        // Skip the portion of the string that was written.
        //
        pcString += ulIdx;

        //
        // See if the next character is a %.
        //
        if(*pcString == '%')
        {
            //
            // Skip the %.
            //
            pcString++;

            //
            // Set the digit count to zero, and the fill character to space
            // (i.e. to the defaults).
            //
            ulCount = 0;
            cFill = ' ';

            //
            // It may be necessary to get back here to process more characters.
            // Goto's aren't pretty, but effective.  I feel extremely dirty for
            // using not one but two of the beasts.
            //
again:

            //
            // Determine how to handle the next character.
            //
            switch(*pcString++)
            {
                //
                // Handle the digit characters.
                //
                case '0':
                case '1':
                case '2':
                case '3':
                case '4':
                case '5':
                case '6':
                case '7':
                case '8':
                case '9':
                {
                    //
                    // If this is a zero, and it is the first digit, then the
                    // fill character is a zero instead of a space.
                    //
                    if((pcString[-1] == '0') && (ulCount == 0))
                    {
                        cFill = '0';
                    }

                    //
                    // Update the digit count.
                    //
                    ulCount *= 10;
                    ulCount += pcString[-1] - '0';

                    //
                    // Get the next character.
                    //
                    goto again;
                }

                //
                // Handle the %c command.
                //
                case 'c':
                {
                    //
                    // Get the value from the varargs.
                    //
                    ulValue = va_arg(vaArgP, unsigned long);

                    //
                    // Print out the character.
                    //
                    UARTwrite((char *)&ulValue, 1);

                    //
                    // This command has been handled.
                    //
                    break;
                }

                //
                // Handle the %d command.
                //
                case 'd':
                {
                    //
                    // Get the value from the varargs.
                    //
                    ulValue = va_arg(vaArgP, unsigned long);

                    //
                    // Reset the buffer position.
                    //
                    ulPos = 0;

                    //
                    // If the value is negative, make it positive and indicate
                    // that a minus sign is needed.
                    //
                    if((long)ulValue < 0)
                    {
                        //
                        // Make the value positive.
                        //
                        ulValue = -(long)ulValue;

                        //
                        // Indicate that the value is negative.
                        //
                        ulNeg = 1;
                    }
                    else
                    {
                        //
                        // Indicate that the value is positive so that a minus
                        // sign isn't inserted.
                        //
                        ulNeg = 0;
                    }

                    //
                    // Set the base to 10.
                    //
                    ulBase = 10;

                    //
                    // Convert the value to ASCII.
                    //
                    goto convert;
                }

                //
                // Handle the %s command.
                //
                case 's':
                {
                    //
                    // Get the string pointer from the varargs.
                    //
                    pcStr = va_arg(vaArgP, char *);

                    //
                    // Determine the length of the string.
                    //
                    for(ulIdx = 0; pcStr[ulIdx] != '\0'; ulIdx++)
                    {
                    }

                    //
                    // Write the string.
                    //
                    UARTwrite(pcStr, ulIdx);

                    //
                    // Write any required padding spaces
                    //
                    if(ulCount > ulIdx)
                    {
                        ulCount -= ulIdx;
                        while(ulCount--)
                        {
                            UARTwrite(" ", 1);
                        }
                    }
                    //
                    // This command has been handled.
                    //
                    break;
                }

                //
                // Handle the %u command.
                //
                case 'u':
                {
                    //
                    // Get the value from the varargs.
                    //
                    ulValue = va_arg(vaArgP, unsigned long);

                    //
                    // Reset the buffer position.
                    //
                    ulPos = 0;

                    //
                    // Set the base to 10.
                    //
                    ulBase = 10;

                    //
                    // Indicate that the value is positive so that a minus sign
                    // isn't inserted.
                    //
                    ulNeg = 0;

                    //
                    // Convert the value to ASCII.
                    //
                    goto convert;
                }

                //
                // Handle the %x and %X commands.  Note that they are treated
                // identically; i.e. %X will use lower case letters for a-f
                // instead of the upper case letters is should use.  We also
                // alias %p to %x.
                //
                case 'x':
                case 'X':
                case 'p':
                {
                    //
                    // Get the value from the varargs.
                    //
                    ulValue = va_arg(vaArgP, unsigned long);

                    //
                    // Reset the buffer position.
                    //
                    ulPos = 0;

                    //
                    // Set the base to 16.
                    //
                    ulBase = 16;

                    //
                    // Indicate that the value is positive so that a minus sign
                    // isn't inserted.
                    //
                    ulNeg = 0;

                    //
                    // Determine the number of digits in the string version of
                    // the value.
                    //
convert:
                    for(ulIdx = 1;
                        (((ulIdx * ulBase) <= ulValue) &&
                         (((ulIdx * ulBase) / ulBase) == ulIdx));
                        ulIdx *= ulBase, ulCount--)
                    {
                    }

                    //
                    // If the value is negative, reduce the count of padding
                    // characters needed.
                    //
                    if(ulNeg)
                    {
                        ulCount--;
                    }

                    //
                    // If the value is negative and the value is padded with
                    // zeros, then place the minus sign before the padding.
                    //
                    if(ulNeg && (cFill == '0'))
                    {
                        //
                        // Place the minus sign in the output buffer.
                        //
                        pcBuf[ulPos++] = '-';

                        //
                        // The minus sign has been placed, so turn off the
                        // negative flag.
                        //
                        ulNeg = 0;
                    }

                    //
                    // Provide additional padding at the beginning of the
                    // string conversion if needed.
                    //
                    if((ulCount > 1) && (ulCount < 16))
                    {
                        for(ulCount--; ulCount; ulCount--)
                        {
                            pcBuf[ulPos++] = cFill;
                        }
                    }

                    //
                    // If the value is negative, then place the minus sign
                    // before the number.
                    //
                    if(ulNeg)
                    {
                        //
                        // Place the minus sign in the output buffer.
                        //
                        pcBuf[ulPos++] = '-';
                    }

                    //
                    // Convert the value into a string.
                    //
                    for(; ulIdx; ulIdx /= ulBase)
                    {
                        pcBuf[ulPos++] = g_pcHex[(ulValue / ulIdx) % ulBase];
                    }

                    //
                    // Write the string.
                    //
                    UARTwrite(pcBuf, ulPos);

                    //
                    // This command has been handled.
                    //
                    break;
                }

                //
                // Handle the %% command.
                //
                case '%':
                {
                    //
                    // Simply write a single %.
                    //
                    UARTwrite(pcString - 1, 1);

                    //
                    // This command has been handled.
                    //
                    break;
                }

                //
                // Handle all other commands.
                //
                default:
                {
                    //
                    // Indicate an error.
                    //
                    UARTwrite("ERROR", 5);

                    //
                    // This command has been handled.
                    //
                    break;
                }
            }
        }
    }

    //
    // End the varargs processing.
    //
    va_end(vaArgP);
}

写的很精彩，是不是？

五、应用层的使用

通过上面的工作，我们已经实现了一个自己的printf函数：LLprintf

LLprintf的功能和我们标准库的printf一样强大，我们可以在上层如此使用LLprintf:

/************************************************************************************
** File: - Z:\code\c\LLprintf\print2.1\app.c
**  
** Copyright (C), Long.Luo, All Rights Reserved!
** 
** Description: 
**      app.c --- The Application Level.
** 
** Version: 2.1
** Date created: 23:53:41,24/01/2013
** Author: Long.Luo
** 
** --------------------------- Revision History: --------------------------------
**  <author>    <data>          <desc>
** 
************************************************************************************/

#include "LLprintf.h"

int main(void)
{
    char *welcome = "     A Tiny Demo show the LLprintf   ";
    char *program_name = "LLprintf";
    char *program_author = "Long.Luo";
    char *date = "Jan. 24th, 2013";
    
    float program_version = 2.1;
    
    Lprintf("%s\n\n", welcome);
    Lprintf("\t\t%s, version %f \n\n", program_name, program_version);
    Lprintf("\tCreated by %s, %s.\n\n", program_author, date);
    
    return 0;
}

make一下，我们再来看看输出结果：

printf_2_pic.jpg

这样我们就了解了printf函数的前因后果。

聪明的你，弄明白了吗？^_

原文链接：深入剖析printf函数(下)：---形参列表和格式化输出是如何做到的？