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单片机如何用C语言重写vfprintf

news 来源：原创 2025/6/19 7:33:08

在单片机中，标准库函数 vfprintf 可能不可用或占用过多资源（如内存或代码空间），因此我们可以通过自定义实现一个轻量级的 vfprintf 函数，专门用于单片机的串口输出。以下是一个用 C 语言重写 vfprintf 的示例，假设我们需要将格式化字符串通过串口发送。

1. 目标

实现一个轻量级的 vfprintf 函数，支持基本的格式化输出（如 %d, %s, %c, %x 等）。
将格式化后的字符串通过串口发送。

2. 实现代码

#include <stdarg.h>
#include <stdint.h>

// 假设 USART_SendChar 是一个发送单个字符到串口的函数
void USART_SendChar(char ch) {
    usart_data_transmit(USART0, (uint8_t)ch);
	while (RESET == usart_flag_get(USART0, USART_FLAG_TBE));
    // 例如，STM32 中可以使用 HAL_UART_Transmit
}

// 自定义的 vfprintf 函数
void my_vfprintf(const char *format, va_list args) {
    char buffer[20];  // 用于存储转换后的数字
    const char *p = format;

    while (*p != '\0') {
        if (*p == '%') {
            p++;  // 跳过 '%'
            switch (*p) {
                case 'd': {
                    int value = va_arg(args, int);
                    int i = 0;
                    if (value < 0) {
                        USART_SendChar('-');
                        value = -value;
                    }
                    do {
                        buffer[i++] = (value % 10) + '0';
                        value /= 10;
                    } while (value > 0);
                    while (i > 0) {
                        USART_SendChar(buffer[--i]);
                    }
                    break;
                }
                case 's': {
                    char *str = va_arg(args, char *);
                    while (*str != '\0') {
                        USART_SendChar(*str++);
                    }
                    break;
                }
                case 'c': {
                    char ch = (char)va_arg(args, int);
                    USART_SendChar(ch);
                    break;
                }
                case 'x': {
                    unsigned int value = va_arg(args, unsigned int);
                    int i = 0;
                    do {
                        int digit = value % 16;
                        buffer[i++] = (digit < 10) ? (digit + '0') : (digit - 10 + 'A');
                        value /= 16;
                    } while (value > 0);
                    while (i > 0) {
                        USART_SendChar(buffer[--i]);
                    }
                    break;
                }
                case '%': {
                    USART_SendChar('%');
                    break;
                }
                default: {
                    // 不支持的格式，直接输出字符
                    USART_SendChar('%');
                    USART_SendChar(*p);
                    break;
                }
            }
        } else {
            USART_SendChar(*p);
        }
        p++;
    }
}

// 自定义的 printf 函数
void my_printf(const char *format, ...) {
    va_list args;
    va_start(args, format);
    my_vfprintf(format, args);
    va_end(args);
}

3. 代码解析

（1）`USART_SendChar` 函数

这是一个假设的函数，用于将单个字符发送到串口。
在实际项目中，需要根据具体的硬件平台实现该函数。例如，在 STM32 中可以使用 HAL_UART_Transmit。

（2）`my_vfprintf` 函数

这是自定义的 vfprintf 函数，支持以下格式化输出：
- %d：输出整数。
- %s：输出字符串。
- %c：输出字符。
- %x：输出十六进制数。
- %%：输出百分号 %。
使用 va_list 和 va_arg 处理可变参数。

（3）`my_printf` 函数

这是一个封装函数，用于调用 my_vfprintf。
通过 va_start 和 va_end 处理可变参数列表。

4. 使用示例

int main() {
    int num = -1234;
    char *str = "Hello, World!";
    char ch = 'A';
    unsigned int hex = 0xABCD;

    my_printf("Number: %d\n", num);
    my_printf("String: %s\n", str);
    my_printf("Character: %c\n", ch);
    my_printf("Hexadecimal: %x\n", hex);
    my_printf("Percent: %%\n");

    return 0;
}

输出结果：

Number: -1234
String: Hello, World!
Character: A
Hexadecimal: ABCD
Percent: %

5. 另外一种printf重映射方式

// 将库函数的Printf重定向到串口
int fputc(int ch, FILE* f)
{
	#ifdef USART1_OPEN
	usart_data_transmit(USART1, (uint8_t)ch);
	while (RESET == usart_flag_get(USART1, USART_FLAG_TBE));
	#else
	usart_data_transmit(USART0, (uint8_t)ch);
	while (RESET == usart_flag_get(USART0, USART_FLAG_TBE));
	#endif
	return ch;
}


 /* @brief 重定向c库函数getchar,scanf到USARTx*/
int fgetc(FILE *f)
{
    uint8_t ch = 0;
	#ifdef USART1_OPEN
    ch = usart_data_receive(USART1);
	#else
	ch = usart_data_receive(USART0);
	#endif
    return ch;
}