printk原理簡介

1.C語言函數可變參數的原理

1.1可變參數函數原型

Printk函數原型如程序清單 1.1所示：

程序清單 1.1

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

從printk函數原型可知，printk除了接收一個固定參數fmt外，後面的參數用...表示。在C/C++語言中，...表示能夠接收可變數量的參數（0或0個以上參數）。

1.2函數參數傳遞方式

Printk的參數經過棧來傳遞，在C/C++中，函數默認調用方式是_cdecl，表示由調用者管理參數入棧操做，且入棧順序爲從右至左，入棧方向爲從高地址到低地址。所以，從第n個到第1個參數被放在地址遞減的棧中。

假設如今有一段代碼如程序清單 1.2所示：

程序清單 1.2

int a = 0x12345678;

char b = 2;

char *c = "hello";

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

調用printk時參數在棧中的分佈如圖 1.1所示：

圖 1.1 Printk參數在棧中的分佈

這裏假設"print %d, %d, %s\n"字符串的首地址是0x20000000，"hello"字符串的首地址是0x10000000。從圖 1.1中還能看出一個有意思的地方，那就是參數b雖然是1個字節，可是壓棧時被擴展爲4字節數據，高位補0。也就是說每次壓棧的數據最少爲4字節，不足4字節的數據補0。

1.3可變參數操做宏

假設有一段代碼如程序清單 1.3所示：

程序清單 1.3

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

{

    va_list args;



    va_start(args, fmt);

    i=vsprintf(buf,fmt,args);

    va_end(args);

}

va_list類型的定義如程序清單 1.4所示，可見va_list其實就是一個char型指針。

程序清單 1.4

typedef char *va_list;

va_start宏定義如程序清單 1.5所示：

程序清單 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，是參數指針的意思，其實就是va_list類型變量；LASTARG表示last argument，其實就是printk的第一個參數fmt，之因此叫last argument，是由於這個參數是最後一個壓棧的。

__va_rounded_size的做用是按int類型的倍數計算TYPE變量在棧中的大小，假設TYPE變量是5字節大小，則__va_rounded_size(TYPE)值爲8，由於每次壓棧的數據大小都是int類型數據大小的倍數。

(char *) &(LASTARG)表示將fmt變量的地址轉爲char *指針，這樣加上__va_rounded_size (LASTARG)後的值就是第一個可變參數的地址。如圖 1.2所示：

圖 1.2 va_list args移動示意圖

因而可知，va_start宏的做用就是將指針args跳過fmt參數，指向第一個要解析的可變參數。

va_arg宏定義如程序清單 1.6所示：

程序清單 1.6

#define va_arg(AP, TYPE) \

(AP += __va_rounded_size (TYPE), \

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

AP += __va_rounded_size (TYPE)，通過這個表達式運算後，args指向了下一個參數；

*((TYPE *) (AP - __va_rounded_size (TYPE)))表示取原來args位置處的變量值，如圖 1.3所示：

圖 1.3 va_arg做用

va_end是一個空的宏。

2.Vsprintf函數解析

函數原型如程序清單 2.1所示：

程序清單 2.1

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

該函數的主要工做過程以下：

    a.經過args得到可變參數列表

    b.根據解析fmt中控制字符，好比%d，%s等，將args指向位置的參數轉換成字符放入buf中

    c.更新args，重複第二步，直到所有解析完畢爲止

3.Linux0.11 printk源碼

#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;

}

能夠看出，在調用vsprintf對可變參數解析完畢後，全部要輸出的字符信息是存放在buf緩衝區中的，最終將字符信息輸出到終端上是經過調用tty_write來實現的。

從這裏也能夠看出這裏的printk是不可重入的，由於若是printk函數沒有執行完畢，又被調用時，以前buf緩衝區中的內容會被覆蓋掉。