Printk原理简介

Posted 2020-10-18

1. C语言函数可变参数的原理

2. 可变参数函数原型

   Printk函数原型如程序清单 1.1所示：

   程序清单 1.1

   int printk(const char *fmt, ...);

   从printk函数原型可知，printk除了接收一个固定参数fmt外，后面的参数用...表示。在C/C++语言中，...表示可以接收可变数量的参数（0或0个以上参数）。

3. 函数参数传递方式

   Printk的参数通过栈来传递，在C/C++中，函数默认调用方式是_cdecl，表示由调用者管理参数入栈操作，且入栈顺序为从右至左，入栈方向为从高地址到低地址。因此，从第n个到第1个参数被放在地址递减的栈中。

   假设现在有一段代码如程序清单 1.2所示：

   程序清单 1.2

   int a = 0x12345678;

   char b = 2;

   char *c = "hello";

   printk("print %d, %d, %s\n", a, b, c);

   调用printk时参数在栈中的分布如图 1.1所示：

   

   图 1.1 Printk参数在栈中的分布

   这里假设"print %d, %d, %s\n"字符串的首地址是0x20000000，"hello"字符串的首地址是0x10000000。从图 1.1中还能看出一个有意思的地方，那就是参数b虽然是1个字节，但是压栈时被扩展为4字节数据，高位补0。也就是说每次压栈的数据最少为4字节，不足4字节的数据补0。

4. 可变参数操作宏

   假设有一段代码如程序清单 1.3所示：

   程序清单 1.3

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

   {

   va_list args;

    

   va_start(args, fmt);

   i=vsprintf(buf,fmt,args);

   va_end(args);

   }

   va_list类型的定义如程序清单 1.4所示，可见va_list其实就是一个char型指针。

   程序清单 1.4

   typedef char *va_list;

   va_start宏定义如程序清单 1.5所示：

   程序清单 1.5

   #define __va_rounded_size(TYPE) \

   (((sizeof (TYPE) + sizeof (int) - 1) / sizeof (int)) * sizeof (int))

    

   #define va_start(AP, LASTARG) \

   (AP = ((char *) &(LASTARG) + __va_rounded_size (LASTARG)))

   AP表示argument pointer，是参数指针的意思，其实就是va_list类型变量；LASTARG表示last argument，其实就是printk的第一个参数fmt，之所以叫last argument，是因为这个参数是最后一个压栈的。

   __va_rounded_size的作用是按int类型的倍数计算TYPE变量在栈中的大小，假设TYPE变量是5字节大小，则__va_rounded_size(TYPE)值为8，因为每次压栈的数据大小都是int类型数据大小的倍数。

   (char *) &(LASTARG)表示将fmt变量的地址转为char *指针，这样加上__va_rounded_size (LASTARG)后的值就是第一个可变参数的地址。如图 1.2所示：

   

   图 1.2 va_list args移动示意图

   由此可见，va_start宏的作用就是将指针args跳过fmt参数，指向第一个要解析的可变参数。

   va_arg宏定义如程序清单 1.6所示：

   程序清单 1.6

   #define va_arg(AP, TYPE) \

   (AP += __va_rounded_size (TYPE), \

   *((TYPE *) (AP - __va_rounded_size (TYPE))))

   AP += __va_rounded_size (TYPE)，经过这个表达式运算后，args指向了下一个参数；

   *((TYPE *) (AP - __va_rounded_size (TYPE)))表示取原来args位置处的变量值，如图 1.3所示：

   

   图 1.3 va_arg作用

   va_end是一个空的宏。

5. Vsprintf函数解析

   函数原型如程序清单 2.1所示：

   程序清单 2.1

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

   该函数的主要工作过程如下：

• 通过args获得可变参数列表

• 根据解析fmt中控制字符，比如%d，%s等，将args指向位置的参数转换成字符放入buf中

• 更新args，重复第二步，直到全部解析完毕为止

1. Linux0.11 printk源码

   #include <stdarg.h>

   #include <stddef.h>

    

   #include <linux/kernel.h>

    

   static char buf[1024];

    

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

    

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

   {

   va_list args;

   int i;

    

   va_start(args, fmt);

   i=vsprintf(buf,fmt,args);

   va_end(args);

   __asm__("push %%fs\n\t"

   "push %%ds\n\t"

   "pop %%fs\n\t"

   "pushl %0\n\t"

   "pushl $_buf\n\t"

   "pushl $0\n\t"

   "call _tty_write\n\t"

   "addl $8,%%esp\n\t"

   "popl %0\n\t"

   "pop %%fs"

   ::"r" (i):"ax","cx","dx");

   return i;

   }

   可以看出，在调用vsprintf对可变参数解析完毕后，所有要输出的字符信息是存放在buf缓冲区中的，最终将字符信息输出到终端上是通过调用tty_write来实现的。

   从这里也可以看出这里的printk是不可重入的，因为如果printk函数没有执行完毕，又被调用时，之前buf缓冲区中的内容会被覆盖掉。