曾几何时，您有没有在夜深人静的时候想过一个问题，printf内部究竟做了什么？为何可以输出到屏幕上显示出来？
先看看这段熟悉的代码：
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// Created by xi.chen on 2017/9/2.
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#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
printf("hello, my cat!\n");
return 0;
}环境：
Mac OSX 10.12.3
Apple LLVM version 8.1.0 (clang-802.0.42)
Target: x86_64-apple-darwin16.4.0
Xcode 8.3.3
首先，我们先看看汇编代码.
(__TEXT,__text) section
_main:
0000000100000f50 pushq %rbp
0000000100000f51 movq %rsp, %rbp
0000000100000f54 subq $0x10, %rsp
0000000100000f58 leaq 0x3b(%rip), %rdi ## literal pool for: "hello, my cat!\n"
0000000100000f5f movl $0x0, -0x4(%rbp)
0000000100000f66 movb $0x0, %al
0000000100000f68 callq 0x100000f7a ## symbol stub for: _printf
0000000100000f6d xorl %ecx, %ecx
0000000100000f6f movl %eax, -0x8(%rbp)
0000000100000f72 movl %ecx, %eax
0000000100000f74 addq $0x10, %rsp
0000000100000f78 popq %rbp
0000000100000f79 retq可以看到，核心就是
callq 0x100000f7a ## symbol stub for: _printf0000000100000f68
f68是在可执行文件的偏移.
可以用MachOView查看可执行文件的内部结构.
0000f60 45 fc 00 00 00 00 b0 00 e8 0d 00 00 00 31 c9 89指令e8 0d 00 00 00 是call指令，相当于调用子程序，跳转到当前指令后一条指令的PC值(0x100000f6d) + 偏移值(0d), 即0x100000f7a.
也就是上面callq之后的地址值.
上面没有分析，0x100000000是什么？
xichen:hello xichen$ xcrun size -x -l -m !$
xcrun size -x -l -m /Users/xichen/Library/Developer/Xcode/DerivedData/hello-bkhrmjvnrfikgkfgkiemoyorgkig/Build/Products/Debug/hello
Segment __PAGEZERO: 0x100000000 (vmaddr 0x0 fileoff 0)
Segment __TEXT: 0x1000 (vmaddr 0x100000000 fileoff 0)
Section __text: 0x2a (addr 0x100000f50 offset 3920)
Section __stubs: 0x6 (addr 0x100000f7a offset 3962)
Section __stub_helper: 0x1a (addr 0x100000f80 offset 3968)
Section __cstring: 0x10 (addr 0x100000f9a offset 3994)
Section __unwind_info: 0x48 (addr 0x100000fac offset 4012)
total 0xa2
Segment __DATA: 0x1000 (vmaddr 0x100001000 fileoff 4096)
Section __nl_symbol_ptr: 0x10 (addr 0x100001000 offset 4096)
Section __la_symbol_ptr: 0x8 (addr 0x100001010 offset 4112)
total 0x18
Segment __LINKEDIT: 0x3000 (vmaddr 0x100002000 fileoff 8192)
total 0x100005000这个数值可以看成加载器把可执行文件加载到内存的虚拟地址基址. （上面的所有指令都是基于这个地址为基址）
回到callq这条指令，会跳转到地址0x100000f7a，对应的指令是：
0000f70 45 f8 89 c8 48 83 c4 10 5d c3 ff 25 90 00 00 00ff指令是jmp指令, 反汇编如下：
(lldb) x/3i 0x100000f7a
0x100000f7a: ff 25 90 00 00 00 jmpq *0x90(%rip) ; (void *)0x0000000100000f90
0x100000f80: 4c 8d 1d 81 00 00 00 leaq 0x81(%rip), %r11 ; (void *)0x0000000000000000jmpq跳转到： 0xf80 + 0x90地址的数值为地址的地方.
>>> hex(0xf80+0x90)
'0x1010'即跳转到0x100001010.
(lldb) x/3g 0x100001010
0x100001010: 0x00007fffa8778180 0x0000000000000000
0x100001020: 0x0000000000000000我们来看看printf的地址在哪里：
(lldb) dis -s printf
libsystem_c.dylib`printf:
0x7fffa8778180 <+0>: pushq %rbp
0x7fffa8778181 <+1>: movq %rsp, %rbp
0x7fffa8778184 <+4>: pushq %r15
0x7fffa8778186 <+6>: pushq %r14
0x7fffa8778188 <+8>: pushq %rbx
0x7fffa8778189 <+9>: subq $0xd8, %rsp
0x7fffa8778190 <+16>: movq %rdi, %r14
0x7fffa8778193 <+19>: testb %al, %al
0x7fffa8778195 <+21>: je 0x7fffa87781c3 ; <+67>
0x7fffa8778197 <+23>: movaps %xmm0, -0xc0(%rbp)
0x7fffa8778180是不是和上面对上来了？
我们继续dump printf后面调用了什么：
(lldb) x/50i 0x7fffa8778180
...............
0x7fffa8778235: 48 0f 45 f0 cmovneq %rax, %rsi
0x7fffa8778239: 48 8d 4d c0 leaq -0x40(%rbp), %rcx
0x7fffa877823d: 48 89 df movq %rbx, %rdi
0x7fffa8778240: 4c 89 f2 movq %r14, %rdx
0x7fffa8778243: e8 c0 20 00 00 callq 0x7fffa877a308 ; vfprintf_l
0x7fffa8778248: 4c 3b 7d e0 cmpq -0x20(%rbp), %r15
0x7fffa877824c: 75 0e jne 我们有幸可以看到mac开放的libc源代码：
int
printf(char const * __restrict fmt, ...)
{
int ret;
va_list ap;
va_start(ap, fmt);
ret = vfprintf_l(stdout, __current_locale(), fmt, ap);
va_end(ap);
return (ret);
}调用vfprintf_l, 是不是感觉一切都在预期之内呢？
继续在libc跟踪一番，会发现最终会调用write系统调用完成.
write系统调用会使用int指令陷入内核，执行写数据的操作.
到此，您会不会有疑问，为何调用printf函数中跳转了好多次，是因为编译系统傻吗？当然不是，因为采用的是动态链接库, 主程序一开始并不知道调用的printf函数最终会在哪个地址，所以先保留了一个stub，等加载器加载运行时，再填入对应的地址.
就是上面的jmp跳转所实现的, 而call printf这个语句并不需要等运行时再计算地址，编译期就可以用此时设定的固定地址.
至此，我们已经理清了上面的flow. 那又是如何显示在屏幕上的呢？
如果从终端terminal开始，调用了上面的应用程序(比如hello), terminal会fork一个进程, 并执行hello，然后等待hello完成 (此种是不带后台运行的模式).
hello调用了printf输出，printf是向stdout输出，为何向stdout会在此terminal上显示呢？
首先我们要明白，stdout究竟指向哪个设备？
xichen:hello xichen$ tty
/dev/ttys001所以，printf其实是向/dev/ttys001设备去写.
对应kernel的代码：
/*
* ttwrite (LDISC)
*
* Process a write call on a tty device.
*
* Locks: Assumes tty_lock() is held prior to calling.
*/
int
ttwrite(struct tty *tp, struct uio *uio, int flag)终端会在tty有数据的时候，把数据画到屏幕上. (注意： printf后面的字符串是终端进程画到屏幕上的，不是hello画的，因为hello只是写文件，写文件当然不一定会显示到屏幕, 只是一般脑袋瓜子正常的终端都会回显对应的文本信息).
至于，如何把一段文本画到屏幕上，这个就不用多说了.
微风不燥，阳光正好，你就像风一样经过这里，愿你停留的片刻温暖舒心。
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