【STM32】自定义打印函数

STM32 学习笔记：理解 my_printf 与 va_start

在嵌入式开发中，我们常常需要实现类似标准 C 中 printf 的调试输出功能。为了支持"任意数量参数"的传递，C 语言提供了对 可变参数（variable arguments） 的支持。其中，va_start 是这一机制中的核心宏之一。

以下我们将结合一个实际的自定义打印函数 my_printf，详细讲解其工作原理，并深入解析 va_start 在其中的作用。

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一、函数介绍：my_printf

1. 函数声明

int my_printf(UART_HandleTypeDef *huart, const char *format, ...)

• 参数说明：

  • UART_HandleTypeDef *huart：指向 STM32 HAL 库中 UART 句柄结构体，用于指定使用的串口。
  • const char *format：格式化字符串，如 "Voltage: %.2f V"。
  • ...：可变参数列表，表示可以传入任意多个附加参数。

• 返回值：

  • 返回格式化后字符串的长度（写入缓冲区的字符数）。

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2. 局部变量声明

char buffer[512]; // 缓冲区，用于存储格式化后的字符串
va_list arg;      // 可变参数列表
int len;          // 字符串长度

• buffer 是临时存储空间，防止直接操作堆栈；
• arg 是 stdarg.h 提供的类型，用于访问可变参数；
• len 用于记录最终写入缓冲区的字符数。

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3. 初始化可变参数列表

va_start(arg, format);

• 使用 va_start 宏初始化 arg，使其指向第一个可变参数；
• format 是最后一个固定参数，用于定位后续参数的位置。

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4. 格式化字符串

len = vsnprintf(buffer, sizeof(buffer), format, arg);

• 使用 vsnprintf 将格式化字符串写入 buffer；
• 支持 %d, %s, %f 等占位符；
• 防止缓冲区溢出，安全性高于 sprintf。

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5. 清理可变参数列表

va_end(arg);

• 调用 va_end 结束对可变参数的访问；
• 必须成对出现，否则可能导致未定义行为。

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6. 通过 UART 发送数据

HAL_UART_Transmit(huart, (uint8_t *)buffer, (uint16_t)len, 0xFF);

• 将格式化好的字符串通过串口发送到上位机（如串口助手）；
• 实现了"调试信息输出"的基础功能。

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7. 返回值

return len;

• 返回实际写入的字符数，可用于日志统计或错误处理。

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二、关键宏 va_start 深度解析

1. va_start 的作用

va_start 是 <stdarg.h> 头文件提供的宏，用于初始化可变参数列表。它告诉编译器从哪个位置开始读取可变参数。

void va_start(va_list ap, last_fixed_param);

• ap：va_list 类型变量，用于遍历参数；
• last_fixed_param：最后一个固定参数（即可变参数前的一个参数），用于定位起始位置。

2. 示例代码：手动实现一个可变参数函数

#include <stdio.h>
#include <stdarg.h>

int my_sum(int count, ...) {
    va_list args;
    va_start(args, count); // 初始化 args，从 count 后的第一个参数开始

    int sum = 0;
    for (int i = 0; i < count; i++) {
        int num = va_arg(args, int); // 获取每个 int 参数
        sum += num;
    }

    va_end(args); // 清理资源
    return sum;
}

int main() {
    printf("Sum: %d\n", my_sum(4, 10, 20, 30, 40)); // 输出：Sum: 100
    return 0;
}

✅ 本例展示了如何通过 va_start + va_arg 实现一个简单的求和函数。

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三、va_start 在 my_printf 中的作用

1. 为什么需要 va_start？

因为 my_printf 是一个可变参数函数（类似 printf），我们需要一种方式去获取 format 之后的所有参数。va_start 就是这个过程的关键步骤。

2. va_start 在代码中的流程：

va_start(arg, format); // 初始化 args，指向第一个可变参数
len = vsnprintf(buffer, sizeof(buffer), format, arg); // 把参数格式化进 buffer
va_end(arg); // 清理资源

• arg 会被 vsnprintf 使用，自动解析所有参数；
• 如果不调用 va_start，vsnprintf 将无法正确识别参数。

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四、完整流程总结

步骤	描述
1. 接收参数	包括 UART 句柄、格式化字符串和可变参数
2. 初始化缓冲区和可变参数	声明 buffer 和 arg，并调用 va_start
3. 格式化字符串	使用 vsnprintf 安全地格式化为字符串
4. 清理可变参数	调用 va_end 释放资源
5. 通过 UART 发送数据	使用 HAL_UART_Transmit 发送到串口
6. 返回结果	返回格式化后的字符数