printf 的 integer promotion

巧者勞力, 智者勞心

p.c

 1 #include <stdio.h>
 2
 3 int main(int argc, char *argv[])
 4 {
 5   unsigned char a=0x80;
 6   signed char b=0x80;
 7
 8   printf("unsigned char a: %#x, signed char b: %#x\n", a, b);
 9   printf("unsigned char a: %#x (%d), signed char b: %hhx (%hhd)\n", a, a, b, b);
10   return 0;
11 }

list 1 執行結果

 1 unsigned char a: 0x80, signed char b: 0xffffff80
 2 unsigned char a: 0x80 (128), signed char b: 80 (-128)

list 1 是執行結果, L1 顯示了 signed char b: 0xffffff80, 不是預期的 0x80, 有點奇怪是吧? 引用之前的文章 - compiler [7] - code generator - funcall call, pass argument

function 參數的傳遞比想像中複雜, 當 function 沒有 prototype 時或是使用 K&R style 的宣告或是 ... 這種參數 - ex: printf(const char *format, ...), 會發動 integer promtion, 這很好理解, 可以參考《“对于那些没有原型的函数，传递给函数的实参将进行缺省参数提升”是什么意思？》

printf 的參數是 ... 所以會發動 integer promtion, integer promtion 之後, signed char b 0x80 的 -128 變成了 4bytes 的 -128, 也就是 0xffffff80, 這便是 %#x 印出 0xffffff80 的原因。

cpu 用什麼指令做這件事情, 反組譯一下觀察, list 2 L716, 717 的指令 movsbl, movzbl 就是在做這件事情。由於比較熟悉 x86-32, 所以編譯成 x86-32 來觀察, 其他平台應該也有類似的指令, 就不一一觀察了。

list 2. p.c.dis 編譯指令 gcc -static -no-pie -fno-pic -m32 -g p.c -o p

     1 
     2 p:     file format elf32-i386
   705 08049815 <main>:
   706  8049815:	8d 4c 24 04          	lea    0x4(%esp),%ecx
   707  8049819:	83 e4 f0             	and    $0xfffffff0,%esp
   708  804981c:	ff 71 fc             	push   -0x4(%ecx)
   709  804981f:	55                   	push   %ebp
   710  8049820:	89 e5                	mov    %esp,%ebp
   711  8049822:	53                   	push   %ebx
   712  8049823:	51                   	push   %ecx
   713  8049824:	83 ec 10             	sub    $0x10,%esp
   714  8049827:	c6 45 f7 80          	movb   $0x80,-0x9(%ebp) # unsigned char a=0x80

   715  804982b:	c6 45 f6 80          	movb   $0x80,-0xa(%ebp) # signed char b=0x80

   716  804982f:	0f be 55 f6          	movsbl -0xa(%ebp),%edx # signed char b=0x80
   717  8049833:	0f b6 45 f7          	movzbl -0x9(%ebp),%eax # unsigned char a=0x80
   718  8049837:	83 ec 04             	sub    $0x4,%esp
   719  804983a:	52                   	push   %edx
   720  804983b:	50                   	push   %eax
   721  804983c:	68 08 30 0b 08       	push   $0x80b3008
   722  8049841:	e8 da 85 00 00       	call   8051e20 <_IO_printf>
   723  8049846:	83 c4 10             	add    $0x10,%esp
   724  8049849:	0f be 5d f6          	movsbl -0xa(%ebp),%ebx
   725  804984d:	0f be 4d f6          	movsbl -0xa(%ebp),%ecx
   726  8049851:	0f b6 55 f7          	movzbl -0x9(%ebp),%edx
   727  8049855:	0f b6 45 f7          	movzbl -0x9(%ebp),%eax
   728  8049859:	83 ec 0c             	sub    $0xc,%esp
   729  804985c:	53                   	push   %ebx
   730  804985d:	51                   	push   %ecx
   731  804985e:	52                   	push   %edx
   732  804985f:	50                   	push   %eax
   733  8049860:	68 34 30 0b 08       	push   $0x80b3034
   734  8049865:	e8 b6 85 00 00       	call   8051e20 <_IO_printf>
   735  804986a:	83 c4 20             	add    $0x20,%esp
   736  804986d:	b8 00 00 00 00       	mov    $0x0,%eax
   737  8049872:	8d 65 f8             	lea    -0x8(%ebp),%esp
   738  8049875:	59                   	pop    %ecx
   739  8049876:	5b                   	pop    %ebx
   740  8049877:	5d                   	pop    %ebp
   741  8049878:	8d 61 fc             	lea    -0x4(%ecx),%esp
   742  804987b:	c3                   	ret    

另外 printf 提供了 %hh 來印出 signed char 或是 unsigned char 變數。

ref:

• 二的補數來表現負數
• movzbl和movsbl