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编写适合自己需要的printf()函数
文章来源:互联网

对于嵌入式软件的开发人员而言,“printf调试(printf-debugging)”这个术语描述了将调试字符串从嵌入式目标空闲的串口压出,并在运行于宿主工作站的终端模拟器上显示结果的常见方法。

出于这个目的,许多程序员更喜欢使用有名的printf() C语言库函数,因为它在将文本输出和数据组合成单个函数调用上具有灵活性。但是,不在嵌入式系统中使用printf()无外乎两个常见的原因:不是因为printf()太慢了,就是因为它太大了。


事实上,很容易就会碰到这些局限性。如果你看一下标准C语言库的规范,原因就很明显了。Printf()必须处理大量的数据格式,包括字符串、字符、(各种长度的有符号和无符号)数字,以及浮点值。此外,格式字符串可以包括用于更改文本对齐、基数、间距、字段宽度和精度的调节器和指示器。很清楚的是,任何支持整个规范的代码都会是冗长和繁重的。

嵌入式系统库的提供商意识到了这个问题,于是提供了只使用整数的printf()实现。这就通过去掉不必要的浮点支持而稍稍改善了这种状况。但是即使如此,这些实现对于许多缺乏内存的嵌入式系统来说仍然太大了。

在你每天的编程工作中,你到底需要多少printf()的规范?可能只需要“%s”、“%d”,以及“%x”?所以还有另一个选择:编写能够满足需要的你自己的最小printf()函数。

这会带来相当大的好处。例如,在最近一个项目里,我替换掉了一个由制造商所提供的printf()库,它需要超过20 KB的内存(这超过了可用内存的一半),而换上了一个小巧的只支持必要特性的自定义版本,它只需要不到500字节的内存空间。

小巧的printf()
 
下面是替换一个非常基本的printf()的例子:

#include <stdarg.h>

intprintf(const char *fmt, ...)
{
    const char *s;
    int d;
    char buf[16];
    va_listap;
    va_start(ap, fmt);
    while (*fmt) {
        if (*fmt != '%') {
            putchar(*fmt++);
            continue;
        }
        switch (*++fmt) {
            case 's':
                s = va_arg(ap, const char *);
                for ( ; *s; s++) {
                    putchar(*s);
                }
                break;
            case 'd':
                d = va_arg(ap, int);
                itoa(d, buf, 10);
                for (s = buf; *s; s++) {
                    putchar(*s);
                }
                break;
            /* Add other specifiers here... */             
            default: 
                putchar(*fmt);
                break;
        }
        fmt++;
    }
    va_end(ap);
    return 1;   /* Dummy return value */
}

下面是一些值得注意的事情:

为了节省空间,这个简单的printf()只支持“%s”和“%d”格式的分类符,而不需要任何指示器或者其他调节器。扩展这个函数以支持其他分类符是相对较简单的。
C语言的标准要求printf()应该返回输出字符串的数量。这个被返回的值通常被忽略掉了,所以这个轻型的printf()就不会劳心去计算它了,而是返回一个伪值。
一般来说,putchar()这个函数会将字符发送到串口,更通行的方法是通过由中断驱动的串口输出缓冲区以避免延迟。
首标文件<stdarg.h>是一个标准的库首标文件,它为访问传递给printf()的变量自变量列表提供小巧的宏,通常是通过系统堆栈。
更进一步优化
 
要注意,控制权在你手里,你可以在感觉需要的情况下做出任何优化,并轻易地添加你所需要的特性。

你要注意,上面的代码使用itoa()将整数转换成字符串。这个函数(为了简化的目的没有列出来)涉及重复划分(repeated division),而且在很多嵌入式处理器上运行得相对较慢。

下面是你可以考虑的几种优化方法:

添加一个#define,它会控制%d是否将整数显示为十进制或者十六进制数。如果你使用简单的位移(bit-shift)而不是长的划分来实现到十六进制数(等同于使用“%x”分类符)的转换,那么这一转换在大多数处理器上会快得多。然后你就能够在编译的时候为“%x”取得输出格式:快速的十六进制数或者缓慢的十进制。
将整数到文本冗长的转换转移到工作站上。例如,当碰到“%x”分类符的时候,嵌入式处理器能够轻易地发送一个未使用的ASCII码,比如说0x01,并跟有原始的整数字节。不幸的是,这种方法需要一个在你工作站上运行的自定义终端程序,以解码它所获得的字节流,并在显示字符串之前实现必要的整数到文本的转换。

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