printf和标准输出

    上次写到main函数的参数传递.现在继续往下进行.最近忙实验室的事情,看了一周
的文章,也没啥进展,周末写点技术贴,放松一下:-)

    进入main函数后,就要调用printf("Hello World!");了.顺便将C语言参数传递提
一下.字符串"Hello World!\n"编译器是当作字符串常量来处理的,虽然printf是在main
内部调用,但"Hello World!\n"可不是放在main的栈中,字符串常量至少是放到.data段的
,准确说是放在只读数据段.rodata,这个我在工作站上验证了一把.假如编辑的文件名是
hello.c,首先编译生成elf格式二进制文件gcc hello.c -o hello然后用命令
objdump -s hello -s参数会将所有段信息dump出来.你会看到"Hello World!\n"位于
.rodata段.

    printf()是个标准C库函数.虽然功能简单,但实现起来却不容易.这是个和平台相关的
函数.在pc上,printf输出是输出到终端屏幕,在嵌入式设备上,一般printf()是输出到串口.
同是调用printf(),最终输出的设备却不同,从直觉的肯定是感觉printf()底层和平台是相
关的.那么printf()是怎样实现的呢?

    可以看一下C库程序的代码,这里以uClibc为例.
    int printf(const char * __restrict format, ...)
    {
    va_list arg;
    int rv;

    va_start(arg, format);
    rv = vfprintf(stdout, format, arg);
    va_end(arg);

    return rv;
    }
    printf支持字符串格式化输出,具体参数处理这里不提.可以看到printf()调用了
vfprintf(),vfprintf()第一个参数是stdout是标准输出设备.标准输出设备是个结构体,
最重要的成员就是他的描述符,其值为1.

    跟进vfprintf()函数看,里面是复杂的参数处理,因为printf()的参数形式很灵活,
所以在vfprintf()里面要对传进来的参数进行解析处理,形成最终的输出格式.有兴趣的
可以看一下,借助这个可以让你在一个没有操作系统的平台上实现你自己的printf()
函数.这样你在裸机上调程序时输出调试信息就更方便些(实际上uClinux的printk就是
这么干的).

    vfprintf()在参数处理之后，就是输出了，输出调用的是putc()，进入putc()然后
再跟进几层函数，发现调用了linux系统调用write()。呵呵，是的，输出就是借助操作
系统代码完成的。在write之前所有的代码都是C库的代码，可以说是和平台无关的。
而涉及到具体输出，就要调用操作系统提供给你的接口。系统调用的原理就是通过一定
手段（一般是trap陷阱）进入操作系统的内核空间，调用操作系统代码来完成某些任务。

    Linux系统调用针对不同平台有不同的实现方式。这个以后再讲。调用write()后，
进入内核空间，首先来到的就是sys_write()，这个函数代码位于fs/read_write.c中。
一进入sys_write()，就要根据传进来的fd描述符找到相应的file结构。对于标准输出，
fd=1，每个进程的进程控制块都有一个打开文件的数组。file结构就是根据fd在这个
数组中查找到相应的结构。找到结构后，就会调用file->write()来向外输出。具体输出
到哪里，就要看file结构对应的设备驱动是什么。一般嵌入式系统可以从串口将信息输
出，那么file->write()最底层就是调用的串口驱动的类似transmit_char的函数。