编写自己的内核打印函数

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#buffer #null #c #list #语言

原创文章,转载写明出处

作者Crazii @ 优快云

我看了minix的内核printf函数之后,发现它里面的goto有语句...我就读不下去了,于是自己写了一个.kprintf

首先要了解的就是printf的变参.这得从c调用规则讲起.回顾一下c(cdecl)调用规则(vc里面__cdecl关键字,MASM里面的.model c)除了命名要加下划线之外,还有函数的调用:参数是从右至左入栈,并且是调用者恢复栈.

;printf(fmt,s);假定fmt和s是指针变量

push s

push fmt

call _printf

add esp 8

嗯,这里还有一个问题,就是栈对齐问题.如果是char型参数,或者是short型参数,那么压栈的数据宽度是多少?16位下我们知道,最小得是一个word,也就是short型,char型数据入栈时,也是按word.而32位下,压栈的默认大小跟段描述符里面的描述有关,如果段是16位段,则按16位入栈,如果是32位段,则按32位入栈.这里当然要说32位的栈了,push 0xFF,这样的立即数是按32位对齐,push ds这样的16位段寄存器也是按32位对齐.好了.ok到这里,感觉离题有点远了..

正因为cdecl调用跟stdcall不同,它是调用者负责恢复栈的,所以调用者想压几个参数就压几个参数,调用完了自己在平衡堆栈就OK了,所以可以支持变参,但是stdcall是被调用函数在结束时ret n来维护栈的,调用者不能随便压参数.总之,cdecl支持可变参数vararg,所以才有现在的printf

嗯,根据C调用规则,就知道了栈上的参数分布,这样在读取可变参数时,就好办了.

/******************************************************
stdarg.h
standard argument header for NGOS
*******************************************************
C语言参数头文件
Author: ZZU-Crazii
*/
typedef char    *var_list;  //VC里面也是这样写的,跟我想的一样 
/*  参考VC里的头文件,栈的对齐,是sizeof(int)的整数倍  */
#define INT_SIZEOF(n)   ( (sizeof(n) + sizeof(int) - 1) & ~(sizeof(int) - 1) ) 
/* 按对齐,取下一个参数 */
#define var_start(arg_ptr,arg_list) (  (void) (arg_ptr = (var_list)(&arg_list)+INT_SIZEOF(arg_list)) ) 
/* 将取出的参数强制转换为指定的Type,并指向下一个参数 */
#define var_arg(arg_ptr,type)   (*(type*)   ( (arg_ptr +=INT_SIZEOF(type))-INT_SIZEOF(type) )   ) 
#define var_end(arg_ptr) ((void)(arg_ptr=NULL)

需要说明的是,我自己写的stdarg之前的版本,栈取参数后的增量是++操作(+sizeof(type)),那么如果取出的类型是char,则varptr是+1的,这显然不符合栈对齐原则.应该将sizeof(type)对齐到INT长度的倍数,就像VC的crt头文件里面一样.这样,如果取出的参数是char,那么varptr将+4,来指向下一个参数好了,可以看kprintf了:

//这个宏来自minix 
#define isdigit(c)  ( (unsigned)( (unsigned)(c) - '0') <= (unsigned)9 ) 
#define BUFFER_SIZE 32  /* 将数字转化为字符串的缓冲 */ 
/*****************kprintf*************************/
#include <stdarg.h> /* 自己做的头文件 */ 
/* 支持%s, %d,%u 的简单版*/
/* 3.26,添加%x,长度,对齐.等 */
/* 3.26 稍作修改,添加%X */
void kprintf(const char *fmt,...)
{
    var_list    argp;
    int c;
    /*const char *pString;*/
    const char *Ostring;
    union
    {
        int     s;  /* 有符号 */
        unsigned    uns;    /* 无符号 */
    }num;
    int i;
    unsigned int len;   
    static char tmp[BUFFER_SIZE];
    static const char null_pointer[] ="(NULL)";
    
    int width;      /* 指定显示长度 */
    unsigned int limit; /* 截断显示长度 */
    int align_left;
    char    fill_prefix;
    
    if( fmt == NULL ) return;
    var_start(argp,fmt);
    
    while( (c=*(fmt++)) !=NULL )
    {
        if( c!='%' )
        {
            kputchar(c);
            continue;
        }
        num.uns = 0;
        Ostring = NULL;
        
        c = *(fmt++);       /* 跳过 '%' */
        
        /* 对齐方式 */
        align_left = FALSE;
        if( c == '-' )
        {
            align_left = TRUE;
            c = *(fmt++);
        }
        
        /* '0'前缀 */
        fill_prefix =' ';
        if( c == '0')
        {
            fill_prefix = '0';
            c = *(fmt++);
        }
        
        /* 宽度 */
        width = 0;
        if( c == '*' )
        {
            width = var_arg(argp,int);
            c = *(fmt++);
        }
        else while ( isdigit(c) )
        {
            width= width * 10 + (c - '0');
            c = *(fmt++);
        }
        
        /* 截断 */ /* 修复BUG,limit=0,串不能显示 */
        limit = ULONG_MAX;
        if( c == '.' )
        {
            c = *(fmt++);
            if( isdigit(c) )
            {
                limit = 0;
                while( isdigit(c) )
                {
                    limit= limit * 10 + (c - '0');
                    c = *(fmt++);
                }
            }
        }
        
        switch(c)
        {
            case 's':   /* %s */
                Ostring=var_arg(argp,char*);
                if( Ostring == NULL )
                    Ostring=null_pointer;
                
                /* 计算字符串长度 */
                for( i=0; Ostring[i]!=0; i++);
                len = i;
                break;
            case 'd':   /* %d */
                num.s=var_arg(argp,int);
                
                if(num.s==0)
                {
                    tmp[0] ='0';
                    Ostring = tmp;
                    len =1;
                    break;
                }
                if( num.s<0 )       /* 将负数转换成正数 */
                {
                    kputchar('-');
                    num.s = -num.s;
                }
                /* !!!没有break,继续,作为无符号数处理 */
            case 'u':   /* %u */
                if( num.uns == 0 ) num.uns = var_arg(argp,unsigned int);
                if(num.uns==0)
                {
                    tmp[0] ='0';
                    Ostring = tmp;
                    len =1;
                    break;
                }
                /* 3.26 改成从高字节(BUFFER_SIZE-1)开始写入字符 */
                for(i=0; num.uns/10 !=0 || num.uns%10 !=0;num.uns/=10,i++)
                    tmp[BUFFER_SIZE-1-i] = (char)(num.uns%10) + '0';
                
                /****************************
                字符串: H=结束字节,第一个写入,
                    L=开始字节,最后一个被写入,
                    B=缓冲区开始位置
                    |<-长度i->|
                |B|.....|L|.....|H|
                     ^
                     |
                    (BUFFER_SIZE-i)索引的最终位置
                *****************************/
                Ostring = tmp+ (BUFFER_SIZE - i);
                len = i;
                /* 数字不做截断处理 */
                limit = ULONG_MAX;
                break;
            case 'x': case'X':
                num.uns = var_arg(argp,unsigned int);
                if(num.uns==0)
                {
                    tmp[0] ='0';
                    Ostring = tmp;
                    len =1;
                    break;
                }
                for(i=0; num.uns/16 !=0 || num.uns%16 !=0;num.uns/=16,i++)
                {
                    if( (num.uns%16) < 10 )
                        tmp[BUFFER_SIZE-1-i] = (char)(num.uns%16) + '0';
                    else        /* 'x'-'a' == 'X'-'a' 嘎嘎~ */
                        tmp[BUFFER_SIZE-1-i] = (char)((num.uns%16)-10)+c-('x'-'a');
                }
                Ostring = tmp+ (BUFFER_SIZE - i);
                len = i;
                /* 数字不做截断处理 */
                limit = ULONG_MAX;
                break;
            default:
                kputchar('%');
                kputchar(c);
                break;
        }
        /* 问题:数字缓冲是倒序,但是字符串是正序排列... */
        /* 把数字缓冲改成正序.OK */
        if( Ostring != NULL )
        {
            /* 计算对齐并输出 */
            if( !align_left && len< width )
            {
                do
                {
                    kputchar(fill_prefix);
                    width--;
                }while( len<width );
            }
            
            /* 截断处理 */
            if( len > limit )
                len = limit;
                
            for(i=0;i<len;i++)
                kputchar( Ostring[i] );
                
            if( align_left && len< width )
            {
                do
                {
                    kputchar(' ');
                    width--;
                }while( len<width );
            }
        }
    }
    var_end(argp);
    kputchar( NULL );        /* 释放缓冲,显示 */        
}