VC6.0中printf()的前后减减作为参数的压栈问题

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#c++ #编辑器

于 2020-03-18 15:58:06 首次发布

本文深入探讨了在不同的C编译器（如VC6.0、GCC）中，printf函数处理自增自减运算符时的参数解析顺序差异，揭示了这些差异背后的原因及其实现机制。

文章最早完成发布于 2020-03-18 15:58:06，如实际情况有任何变化请见谅。

简单来讲，在VC6.0中printf()是从右到左入栈的，而且如果函数语句中存在后++或者后- -时，++与- -将在最后出栈。
*后来发现，好像C-Free对printf()编译时也遵循同样的规则。
*此处实际涉及到 未定义行为(undefined behavior) 的概念。也就是说，虽然所有C语言编译器都要遵循 ISO/IEC 9899:2024 这个C语言国际标准，但是下面这个逻辑属于标准里没有定义的部分¹。

引入

首先，我们要知道，在Standard C中并没有对stdio.h库中函数
int __cdecl printf(const char * __restrict__ _Format,...);（以下简称为printf）的具体入栈方式做定义，所以会出现printf中如果带有自加自减运算的时候，使用不同的C编译器就会输出不同结果的情况。

现象

示例1

#include <stdio.h>

int main()
{
    int i=8;
    printf("%d, %d, %d, %d\n",i,--i,i,i--);
    return 0;
}

当上述代码运行在VC6.0上时，就会出现如下结果：
VC6.0_Test01
但如果在CLion或者是Code::Blocks上编译时，运行结果就会变成：
CLion_Test01
C::B_Test01

出现上述结果的主要原因是CLion和Code::Blocks目前使用的都是GCC（GNU Compiler Collection，GNU编译器套件）编译，所以结果一致；
但由于部分头文件是C99标准引入的新特性，微软的VC编译器不支持C99，那是不是VC就不能用了呢？好东西，当然人人眼馋，微软虽然表面上说不支持C99，但是有用的特性还是会引入，因此VS2010也引入了新版头文件，在VS2010及其以后的版本中，可以放心使用。但是要注意，VC6.0只是引入了这个新特性，而不是支持C99。²

解释

VC6.0的入栈方法

以上述例子为例，VC6.0编译printf函数的时候遵循两个原则：

从右往左入栈；
后自加后自减永远在栈底。

按第一点的逻辑，我们发现VC6.0在实际编译时应该如下表操作：

栈顶
i - -
i
– i
i
栈底

依照栈的先进后出的特点，第一个计算的应该是i - -，而后自加后自减的执行与汇编的EBP寻址有关³，可以简单理解为在执行后自加或后自减时，i原来的值保存在了一个缓存中，然后再进行自减操作。
但是如果只是这样的话，按右序计算i, --i, i, i--再printf也应该输出6, 6, 7, 8才对，而这个错误的发生就与第二点规则有关；
用两个实例可以证明第二点规则：
修改原示例1为：

#include <stdio.h>

int main()
{
    int i=8;
    printf("%d, %d, %d, %d\n",i,--i,i,i--);
    printf("%d\n",i); //输出所有计算完成后的i的值
    return 0;
}

则结果为
VC6.0_Test02
说明运行结束后，i的值变成了6，所以我们可以把整个计算过程看成(i,i,--i,i)--;
这样就解释得通为什么在VC6.0中输出的结果是7,7,8,8而不是6, 6, 7, 8。
如果还不能解释的话，就请修改示例1为：

#include <stdio.h>

int main()
{
    int i=8;
    printf("%d, %d, %d, %d\n",i,--i,i--,i--);
    printf("%d\n",i); //输出所有计算完成后的i的值
    return 0;
}

输出结果如下：
VC6.0_Test03

其他

以GCC编译器为基础的IDE（Integrated Development Environment，集成开发环境）们对printf的编译规律大致可以理解为：⁴

从右至左依次计算；
每个后自加/后自减都有一个独立的缓存空间；
所有计算结束，最后格式化输出。

验证

我们可以用命令行工具（cmd.exe）在.c文件所在路径下使用gcc -S -fverbose-asm Test01.c⁵把示例1以汇编语句混杂注释C语言语句输出。这样，在.c文件的同一路径下我们就得到了一个以ASM（ASseMbly，汇编）代码写的.s文件（可以直接用记事本打开，这里我用的是notepad++.exe）
ASM_Test01
⁶