C言語とアセンブリによってprintfを自作する

Question

C言語とアセンブリ言語を使用して、printf()関数を自作し、SPIM上でその動作を確認する応用プログラムを作成したいのですが、va_listやva_arg等のマクロを使用せずに作成する方法がわかりません。

自分でできたところまでのソースコードを記載します。

以下C言語のソースコードです。

void print_char(char c) {
char s[2];

s[0] = c;
s[1] = '\0';

print_string(s)
}

void myprintf(char *fmt, ...) {

int i, argc = 0;
char *s;

while (*fmt) {
if (*fmt == '%') {
fmt++;
argc++;
switch (*fmt){
case 'd':
// Process of %d
i = ((int) ((char *)&fmt + argc * sizeof(void *)) );
print_int(i);
break;
case 's':
// Process of %s
s = ((int) ((char *)&fmt + argc * sizeof(void *)) );
print_string(s);
break;
break;
}
}else {
// print a character as it is
print_char(*fmt);
}
fmt++;
}
}

int main() {
myprintf("I am %s, my age is %d", "○○", ○);
return 0;
}

以下アセンブリ言語のソースコードです。

.text
.align 2

_print_int:
subu $sp, $sp, 24
sw $ra, 20($sp)

li $v0, 1 # 1: print_int
syscall

lw $ra, 20($sp)
addu $sp, $sp, 24
j $ra

_print_string:
subu $sp, $sp, 24
sw $ra, 20($sp)

li $v0, 4 # 4: print_string
syscall

lw $ra, 20($sp)
addu $sp, $sp, 24
j $ra

このとき、case’u’や’o’であったり、printfの他のサブセットの実装の仕方がわかりません。
マクロを使わないのは、課題でそう指定されているからです。
同じ機能を果たすものを自分で作成するのは大丈夫です。

よろしくお願いいたします。

Comments

[y_waiwai]

va_listやva_argを使わないで、というのは不可能です
＃同等の機能を自作するって話かな？

なぜ使いたくないんでしょうか

[maisumakun]

自分が調べたこと、あるいは「ここまではできた」というようなものはありますでしょうか？

[jimbe]

c 言語を使ってよいのでしたら sprintf を使ってしまえば良いのではないでしょうか.

[y_waiwai]

で、わからないといってますが、なにがわからないんでしょうか。

Answer 1

va_list, va_arg の使い方がわからないのか思ったら

マクロを使わないのは、課題でそう指定されているから

なるほど、課題であるなら、

• 関数の引数がスタックに配列のように並んでいる
• ポインタも int も、サイズは32bit

と予想できます。それは質問者のコードからも窺えます。呼出し側がたとえば
myprintf("I am %s, my age is %d", "mine___", 20); なら

• arr[0] : "I am %s, my age is %d"（の先頭アドレス）
• arr[1] : "mine___"（の先頭アドレス）
• arr[2] : 20 （という整数値）

みたいな格好になっている、即ちメモリアドレスや整数値という、異なる型のデータが同じサイズで配列のように並んでいる・・・こうだと課題にしやすいですから。

質問者の不明点はひとつ見当がついた気がします。たとえば
i = ((int) ((char*)&fmt + argc * sizeof(void*)) );

で整数値にアクセスしようとしています。もしかするとデータのあるアドレスは正しくもとめられるかもしれませんが、計算式は不適切です。が、誤りがあります。しかも一箇所に誤りが複数あると何をどう調整したらよいか迷うものです。

• ポインタを使ったアドレス計算がおかしい
• キャストのしかたもおかしいかも

ここで、ポインタと配列が同じように書けることを思い出しましょう。
int arr[] = { 10, 20, 30, 40 };
int *p = arr; // p は arr配列の先頭をポイントする

とした時、 *p の値は 10 であることは問題無いでしょう。その上で

• p[1] の値も arr[1] の値も 20
• *(p + 1) の値も 20

であることを思い出しましょう。
**p[1] にアクセスする時、 (p + 1 * sizeof(int)) とはしません。**添字に sizeof(int)) をかけると、(p + 1 * 4) 即ち *(p + 4) となり、arr[4] をアクセスすることになります。

第一の誤りは、アドレス計算がおかしいことでした。argc を引数配列のインデックスとしてるんだから、something[argc] のような格好で、まさしく配列のようにアクセスすると間違いが少ないような気がします。

キャストの使い方ですが、%d で int の引数値を読みだすなら、最初から (int*) でキャストし、argc をインデックスとして
i = ((int*) &fmt) [argc];

としたらどうでしょうか。ここを基準にして、添字アクセスを付け加えれば良いのでは。

もうひとつは、引数が文字列の先頭アドレスである %s に対応する引数の場合ですが、この引数は「"mine___"（の先頭アドレス）」のように、それ自体がポインタ変数です。引数配列の一つの要素がポインタ変数である、ということは、その配列をポイントするポインタ変数は、ポインタのポインタと見做すべきです（少なくとも文字列の先頭アドレスを読みだす時は）。

つまり、%s に対する処理には(char**)というキャストが現れるだろうな・・・これがヒントです。

SPIM上でその動作を確認

SPIM はMIPSシミュレータなのね。そして、print_int()、print_string() 等がシステムコールとして用意されている、と。質問者が書いた _print_int、_print_string が動作するかどうか、単体テストは済んでいるんですかね？

上記のアドレス計算が（計算式が不適切であっても）計算結果が合っているなら、_print_int などが正しく動作していないだけかもしれません。

Comments

[rubato6809]

読み返したら、質問者のコードでもアドレス計算それ自体は正しいかも、という気になったので、回答を修正しました。

Answer 2

方針としては、引数の数と型を変えながら、関数側と呼び出し側のコンパイル結果を何パターンも調べてみて、関数側で任意個の引数を参照する方法を考えるということになるかと思います。コンパイラのソースがあるのなら、それを読むほうが早いかも。
引数を渡すのにレジスタを使わず引数はひたすらスタックに積むだけというコンパイラなら比較的簡単にできると思います。
関数側は、アセンブラで書くしかないのではと思います。