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可变参数

2018年02月24日 编程语言 ⁄ 共 1626字 ⁄ 字号 评论关闭

可变参数

   C语言的可变参数的实现非常巧妙:大师只用了 3 个宏就解决了这个难题。

一、可变参数的应用

  这里实现一个简单的可变参数函数 sum:它将个数不定的多个整型参数求和后返回,其第 1 个参数指明了要相加的数的个数(va.c):

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

// 要相加的整数的个数为 n
int sum(int n, ...)
{
    va_list ap;
    va_start(ap, n);

    int ans = 0;
    while(n--)
        ans += va_arg(ap, int);

    va_end(ap);
    return ans;
}

int main()
{
    int ans = sum(2, 3, 4);
    printf("%d\n", ans);

    return 0;
}

  sum 函数的第一个参数是 int n,逗号后面是连续的 3 个英文句点,表示参数 n 之后可以跟 0、1、2…… 个任意类型的参数。 sum 可以这么用:

sum(0);
sum(1, 2);
sum(3, 1, 1, 1);

二、可变参数的实现

  可以看到在 sum 函数中用到了 3 个函数一样的东西: va_start、va_arg、va_end,它们是标准库(意味着各种平台都有)头文件 stdarg.h 中定义的宏,这 3 个宏经过清理后是下面这个样子:

typedef char* va_list;
#define va_start(ap,v)  ( ap = (va_list)(&v) + sizeof(v) )
#define va_arg(ap,t)    ( *(t *)((ap += sizeof(t)) - sizeof(t)) )
#define va_end(ap)      ( ap = NULL )
  • va_start 将 ap 定位到可变参数列表的起始地址
  • va_arg 每次返回一个参数,并后移 ap 指针
  • va_end 将 ap 置 NULL(避免非法使用)

  这 3 个宏的实现就是基于 C语言默认调用惯例是从右至左将参数压栈的事实,比如说 va.c 中调用 sum 函数,参数压栈的顺序为:4->3->2,又因为 x86 CPU 的栈是向低地址增长的,所以参数的排列顺序如下:

  va_start(n, ap) 就是 ( ap = (char*)(&n) + 4 ) 因此 ap 被赋值为 ebp+12 也就是变参列表的起始地址。

  之后 va_arg 取出每一个参数: ( *(int *)((ap += 4) - 4) ) 它首先将变参指针 ap 右移到下一个参数的起始地址,再将加赋操作的返回值减到之前的位置取出一个参数。这样,用一条语句既取出了当前参数,又后移了指针 ap,真是神了!

  sum 中循环使用 va_arg 就取出了 n 个要相加的整数。

三、变参函数的可行性

  一个变参函数能接受个数、类型可变的参数,需要满足以下两个条件:

  1. 能定位到可变参数列表的起始地址
  2. 能获知可变参数的个数、每个参数的大小(类型)

  条件 1 只要有个前置参数就能满足,而对于这样的变参函数:void func(...); 编译能通过,但是不能用 va_start 取到变参列表的起始地址,所以基本不可行。


  sum 函数中参数 n 被用来定位可变参数列表的起始地址(满足条件1);n 的值是可变参数的个数,类型默认全部是 int 型(满足条件2),因此 sum 能正常工作。


  再看看 printf 函数是如何满足以上两个条件的, printf 函数的原型是:

int printf(const char *fmt, ...);

  printf 的第1个参数 fmt(格式串)被用来定位其后的可变参数的起始地址(满足条件1); fmt 指向的字符串中的各个格式描述符如:%d、%lf、%s 等告诉了 printf fmt 之后参数的个数、各个参数的类型(满足条件2),因此 printf 能正常工作。


  当然,sum、printf 能正常工作是设计者一厢情愿的期望,如果使用者不按规矩传入参数、格式串,函数能正常工作才怪!比如:

sum(2, "111", "222");
printf("%s", 0);

  编译器可不会进行可变参数的类型检查、格式串-参数匹配,后果将会在运行的时候出现……

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