是否有格式处理器可以编写我自己的类似 printf 的函数并保留 %d 样式参数，而不使用 sprintf？

Question

我正在为 MCU 编写串行接口，我想知道如何创建类似 printf 的函数来写入串行 UART。我可以写入 UART，但为了节省内存和堆栈 space，并避免使用临时字符串缓冲区，我宁愿直接写入而不是对字符串执行 sprintf()，然后通过串行。没有内核，也没有文件处理，所以 FILE* 像 fprintf() 那样的写法将不起作用（但 sprintf() 可以）。

有没有什么东西可以处理每个字符的格式化字符串，这样我就可以在解析格式字符串时逐个字符地打印出来，并应用相关参数？

我们正在使用 newlib as part of the efm32-base project。

更新

我想指出，最终我们实现了 _write() 函数，因为这就是所有 newlib 需要点亮 printf 的地方。

Answer 1

根据您的标准库实现，您需要编写自己的 fputc 或 _write 函数版本。

Answer 2

标准 C printf 函数族没有“打印到字符回调”类型的功能。大多数嵌入式平台也不支持 fprintf。

首先尝试为您的平台挖掘 C 运行时，它可能有一个内置的解决方案。例如，ESP-IDF 有 ets_install_putc1()，它实际上为 printf 安装了一个回调（尽管它的 ets_printf 已经打印到 UART0）。

否则，还有其他 printf 专为嵌入式应用程序设计的实现，您可以根据自己的需要进行调整。

例如mpaland/printf有一个函数将字符打印机回调作为第一个参数：

int fctprintf(void (*out)(char character, void* arg), void* arg, const char* format, ...);

另请参阅此相关问题：Minimal implementation of sprintf or printf。

Answer 3

您曾[在您的热门评论中]说过您拥有 GNU，因此 fopencookie 用于钩子 [我之前成功地使用过它]。

附加到 stdout 可能很棘手，但可行。

请注意我们有：FILE *stdout;（即它[只是]一个指针）。因此，只需将其设置为 [新] 打开的流就可以了。

所以，我认为你可以做到，或者 (1):

FILE *saved_stdout = stdout;

或 (2):

fclose(stdout);

然后，(3):

FILE *fc = fopencookie(...);
setlinebuf(fc);  // and whatever else ...
stdout = fc;

您可以 [可能] 调整顺序以适应（例如先 fclose 等）

我一直在寻找类似于 freopen 或 fdopen 的东西来满足您的情况，但我没有找到任何东西，所以 stdout = ...; 可能是一个选择。

这很好如果你没有有任何代码试图直接写入fd 1（例如write(1,"hello\n",6); ).

即使那样，也有办法。

更新：

Do you know if FILE*stdout is a const? If so, I might need to do something crazy like FILE **p = &stdout and then *p = fopencookie(...)

您的担心是对的，但不是您认为的原因。继续阅读...

stdout 是可写的但是 ...

发帖前，我检查了stdio.h，它有：

extern FILE *stdout;        /* Standard output stream.  */

仔细想想，stdout一定是可写的

否则，我们永远做不到：

fprintf(stdout,"hello world\n");
fflush(stdout);

此外，如果我们执行 fork，然后 [在 child] 中，如果我们想设置 stdout 以转到日志文件，我们需要能够做到：

freopen("child_logfile","w",stdout);

所以，不用担心...

信任但验证 ...

我说过“不用担心”了吗？我可能早产了 ;-)

是一个问题。

这是一个示例测试程序：

#define _GNU_SOURCE
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

#if 1 || DEBUG
#define dbgprt(_fmt...) \
    do { \
        fprintf(stderr,_fmt); \
        fflush(stderr); \
    } while (0)
#else
#define dbgprt(_fmt...) \
    do { } while (0)
#endif

typedef struct {
    int ioport;
} uartio_t;

char *arg = "argument";

ssize_t
my_write(void *cookie,const char *buf,size_t len)
{
    uartio_t *uart = cookie;
    ssize_t err;

    dbgprt("my_write: ENTER ioport=%d buf=%p len=%zu\n",
        uart->ioport,buf,len);

    err = write(uart->ioport,buf,len);

    dbgprt("my_write: EXIT err=%zd\n",err);

    return err;
}

int
my_close(void *cookie)
{
    uartio_t *uart = cookie;

    dbgprt("my_close: ioport=%d\n",uart->ioport);
    int err = close(uart->ioport);
    uart->ioport = -1;

    return err;
}

int
main(void)
{

    cookie_io_functions_t cookie = {
        .write = my_write,
        .close = my_close
    };
    uartio_t uart;

    printf("hello\n");
    fflush(stdout);

    uart.ioport = open("uart",O_WRONLY | O_TRUNC | O_CREAT,0644);
    FILE *fc = fopencookie(&uart,"w",cookie);

    FILE *saved_stdout = stdout;
    stdout = fc;

    printf("uart simple printf\n");
    fprintf(stdout,"uart fprintf\n");
    printf("uart printf with %s\n",arg);

    fclose(fc);
    stdout = saved_stdout;

    printf("world\n");

    return 0;
}

程序输出：

编译后，运行:

./uart >out 2>err

这应该会产生预期的结果。但是，我们得到（来自head -100 out err uart）：

==> out <==
hello
uart simple printf
world

==> err <==
my_write: ENTER ioport=3 buf=0xa90390 len=39
my_write: EXIT err=39
my_close: ioport=3

==> uart <==
uart fprintf
uart printf with argument

哇！发生了什么？ out 文件应该只是：

hello
world

而且，uart 文件应该有三行而不是两行 :

uart printf
uart simple printf
uart printf with argument

但是，uart simple printf 行转到了 out 而不是 [预期的] uart 文件。

再次，哇！发生了什么？！？！

解释：

程序是用 gcc 编译的。使用 clang 重新编译会产生 期望的 结果！

事实证明，gcc 试图也提供帮助。编译时，转换为：

printf("uart simple printf\n");

进入：

puts("uart simple printf");

我们看到，如果我们反汇编可执行文件[或使用 -S 编译并查看 .s 文件]。

puts函数[显然]绕过stdout并使用glibc的内部版本：_IO_stdout.

glibc 的 puts 似乎是到 _IO_puts 的弱别名 _IO_puts 并且使用 _IO_stdout.

_IO_* 符号不能直接访问。它们就是 glibc 所说的“隐藏”符号——仅对 glibc.so 本身可用。

真正的修复：

我经过大量的黑客攻击后发现了这一点。那些 attempts/fixes 在下面的附录中。

事实证明，glibc 定义（例如）stdout 为：

FILE *stdout = (FILE *) &_IO_2_1_stdout_;

在内部，glibc 使用那个内部名称。因此，如果我们更改 stdout 指向的内容，它 会破坏 该关联。

其实只有_IO_stdout被隐藏了。版本化符号是全局的，但我们必须知道来自 readelf 输出或使用一些 __GLIBC_* 宏的名称（即有点乱）。

所以，我们需要将save/restore代码修改为不是改变stdout中的值而是memcpyto/from stdout 指向什么。

所以，在某种程度上，你是正确的。 [有效] const [只读].

所以，对于上面的sample/test程序，当我们要设置一个新的stdout时，我们要：

FILE *fc = fopencookie(...);
FILE saved_stdout = *stdout;
*stdout = *fc;

当我们要恢复原状时：

*fc = *stdout;
fclose(fc);
*stdout = saved_stdout;

所以，gcc 确实不是问题所在。原来我们开发的save/restore是不正确的。但是，它是潜伏的。只有当 gcc 调用 puts 时，错误才会显现出来。

个人说明：啊哈！现在我让这段代码开始工作了，它看起来很奇怪。我有一种 似曾相识 的体验。我很确定我过去也不得不这样做。但是，那是很久以前的事了，我完全忘记了。

semi-worked但更复杂的解决方法/修复：

注意： 如前所述，这些变通办法只是为了展示我在找到上面的简单修复之前所做的尝试。

一种解决方法是禁用 gcc 从 printf 到 puts 的转换。

最简单的方法可能是 [如上所述] 编译 w第 clang。但是，有些网页说 clang 和 gcc 做同样的事情。它 而不是 对我的 clang [for x86_64] 版本进行 puts 优化：7.0.1 -- YMMV

对于gcc ...

一个简单的方法是用-fno-builtins编译。这修复了 printf->puts 问题，但禁用了 memcpy 的 [理想] 优化，等等。它也是 未记录的 [AFAICT]

另一种方法是强制我们 自己的 版本的 puts 调用 fputs/fputc。我们将其放入（例如）puts.c 并针对它构建和 link：

#include <stdio.h>

int
puts(const char *str)
{
    fputs(str,stdout);
    fputc('\n',stdout);
}

当我们刚刚做的时候：stdout = fc;我们欺骗glibc有点[实际上，glibc在欺骗我们一点] 现在又回来困扰我们了。

“干净”的方法是 freopen。但是，AFAICT，没有类似的函数可以在 cookie 流上工作。可能有一个，但我没找到。

因此，“肮脏”的方法之一可能是唯一的方法。我认为使用上面的“自定义”puts 函数方法是最好的选择。

编辑： 在我重读了上面的“欺骗”句子之后，我想到了简单的解决方案（即它让我更深入地研究了 glibc 来源） .

是否有格式处理器可以编写我自己的类似 printf 的函数并保留 %d 样式参数，而不使用 sprintf？

Is there a format processor to write my own printf-like function and keep the %d style arguments, without using sprintf?

c

c++

printf

serial-port

uart

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