如何实现可变参数函数

不念不忘少年蓝@ 2022-08-13 12:39 199阅读 0赞

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通常我们使用的C函数的参数个数都是固定的，但也有不固定的。比如printf()与scanf()。如何自己动手实现一个可变参数函数，这个还是有点技巧的。

我们最常用的就是定义一个宏，使用printf或者printk,如下

\#define wwlogk(fmt, args...) printk(fmt, \#\# args)

现在我们自己动手实现一个可变参数的函数，后面分析原理。首先看一个例子：

#include <stdio.h> #include <stdarg.h> int Sum(int first, int second, ...)//当无法列出传递函数的所有实 //参的类型和数目时,可用省略号指定参数表 { int sum = 0, t = first; va_list vl; va_start(vl, first); while (t != -1){ sum += t; t = va_arg(vl, int); //将当前参数转换为int类型 } va_end(vl); return sum; }   int main(int argc, char* argv[]) { printf("The sum is %d\n", Sum(30, 20, 10, -1)); //-1是参数结束标志 return 0; }

在上面的例子中，实现了一个参数个数不定的求int型和的函数Sum()。

其中有几个变量需要说明一下。va\_list、va\_start()、va\_end和va\_arg。

Va\_list：该类型变量用来访问可变参数，实际上就是指针。

Va\_start():是一个宏，用来获取参数列表中的参数，使vl指向第一个可变参数，使用完毕后调用va\_end()结束。

va\_end：也是一个宏，用来结束va\_start()的调用。

va\_arg：宏，用来获参数列表中的取下一个值。

在linux源代码中，include/acpi/platform/acenv.h,头文件有详细描述。

1、 va\_list vl;

typedef char \*va\_list; //定义了一个新的类型，指向字符串的指针。其实真实意图是当指针移动是以"1"单位，因为sizeof(char) =1;即char类型占一个字节，int型占4个字节。

2、 va\_start(vl, first) 使vl指向第一个可变参数，即。

\#define va\_start(ap, A) (void) ((ap) = (((char \*) &(A)) + (\_bnd (A,\_AUPBND))))

\#define \_bnd(X, bnd) (((sizeof (X)) + (bnd)) & (~(bnd)))

\_bnd(X, bnd)的定义主要是为了某些需要内存的对齐的系统，这个宏的目的是为了得到最后一个固定参数的实际内存大小。直接用sizeof也没有影响。

\#define \_AUPBND (sizeof (acpi\_native\_int) - 1)

其中acpi\_native\_int是根据硬件平台来决定的，即一个int类型的宽度，即字节。

typedef s64 acpi\_native\_int;

typedef s32 acpi\_native\_int;

typedef int s32;

typedef long long s64;

下面就这段宏代码解释一下：

进程运行时，将变量压入栈，而(char \*) &(A)指向first,即栈顶；

使用宏\_bnd (A,\_AUPBND)，主要是为了某些系统需要内存按照整数字节对齐，因为C调用协议下面，参数入栈都是整数字节（指针或者值）--- **所谓对齐，对Intel80x86 机器来说就是要求每个变量的地址都是sizeof(int)的倍数**。那为什么要对齐？因为在对齐方式下，CPU 的运行效率要快得多。

因为\_AUPBND为int宽度，那么\_bnd(A, \_AUPBND)的意思就是不够一个int宽度的数据，将还是跳过一个int宽度。比如char、short类型的数据sizeof后为1和2，假设现在是32位系统char类型，\_bnd(X, bnd) = (1 + 3 ) & (~3) = 0x4; 2也一样。因为32位系统int宽度为4。跳过以后，ap指向second，而first的值已经保存在t中。这里需要说明的是，因为题设已经指定first为int型。若为其他型（如char）则会出现错误，因为这里首先跳过了4个字节。

[![2745788397830243242.jpg][]][2745788397830243242.jpg 1]

图1 栈的结构

另外这里还需要注意几点:

1.  因为C语言压栈顺序为从右到左。
2.  栈的扩展方向是向下扩展，所以栈底为高地址，栈顶为低地址。
    
    比如假设f(a,b,c,d)按照从右到左压栈，那么d应该是第一个进栈的，a是最后一个进栈的，所以d的地址应该比a的高。在intel+ windows的机器上，函数栈的方向是向下的，栈顶指针的内存地址低于栈底指针，所以先进栈的数据是存放在内存的高地址处。
3.  C语言压栈的时候，第一个进栈的是主函数中第一条指令的地址，然后依次是函数参数和局部变量。

如上所述，va\_start(vl,first)后，vl指向**first后面的第一个可变参数**。我们都知道**Pascal****的参数入栈顺序时自左向右的**，**但是****C****语言会是自右向左**。为什么呢？这也是C语言比pascal高级的一个地方\--C语言通过这种参数入栈的顺序实现了对变长参数函数的支持！

为了支持可变参数函数，C语言引入新的调用协议， 即C语言调用约定 \_\_cdecl . 采用C/C++语言编程的时候，默认使用这个调用约定。如果要采用其它调用约定，必须添加其它关键字声明，例如WIN32 API使用PASCAL调用约定，函数名字之前必须加\_\_stdcall关键字。 采用C调用约定时，函数的参数是从右到左入栈，个数可变。由于函数体不能预先知道传进来的参数个数，因此采用本约定时必须由函数调用者负责堆栈清理。

3、\#define va\_arg(ap, T) (\*(T \*)(((ap) += (\_bnd (T, \_AUPBND))) - (\_bnd (T,\_ADNBND))))

把这个宏展开可以看的更清楚：

1.  ap = ap + \_bnd(T,\_AUPBND) --首先将ap的跳过指定宽度，即指向下一个可变参数。
2.  \*(T \*)(ap - \_bnd(T,\_AUPBND)) --然后还原ap后，将其转化为"T"型指针并求指针的值。

现在可以看清楚这个宏的意思是求当前ap指向的值，并将ap指向下一目标。

4、va\_end(vl) 把vl指针清为NULL

\#define va\_end(ap)    (void) 0

注意：这段代码只有在windows下编译和运行后，才能输出正确的结果，在linux下，需要将int Sum(int first, int second, ...)**修改为**int Sum(int first, ...)，**即删掉****int second，因为second如果写出来，就不是可变参数，first也不是可变参数。修改后的函数在linux下和windows下都可以正常运行。**

搞清楚上面示例代码的原理后，我们可以自己手动实现这样一个函数。

#include <stdio.h> int Sum(int first, int second,...) { int sum = 0, t = first; char * vl;//定义一个指针   vl = (char *)&first;//使指针指向第一个参数 while (*vl != -1)//-1是预先给定的结束符 { sum += *(int *)vl;//类型转换 vl += sizeof(int);//移动指针，使指针指向下一个参数 } return sum; }   int main(int argc, char* argv[]) { printf("The sum is %d\n", Sum(30, 20, 10, -1));//-1是参数结束标志 return 0; }

**实际上声明一个可变参数有两种方式：建议使用第一种。**

第一种：包含头文件stdarg.h，采用ANSI标准形式，参数个数可变的函数的原型声明是：

type funcname(type para1, type para2, ...)

第二种：包含头文件varargs.h，采用与UNIX System V兼容的声明方式时，参数个数可变的函数原型是：

type funcname(va\_alist)

va\_dcl

va\_dcl为宏，宏定义原型后已经包含分号，所以使用时不用加分号。Va\_dcl是对va\_alist的详细声明。Va\_dcl在代码中必须原样给 出，va\_alist在VC中可以原样给出，也可以略去，但在UNIX上的CC或Linux上的GCC中都要省略掉。

**关于可变参数的传递问题**

有人问到这个问题，假如我定义了一个可变参数函数，在这个函数内部又要调用其它可变参数函数，那么如何传递参数呢？上面的例子都是使用宏va\_arg逐个把参数提取出来使用，能否不提取，直接把它们传递给另外的函数呢？

我们先看printf的实现：

int \_\_cdecl printf (const char \*format, ...)  
\{  
　　　　　　　 va\_list arglist;  
　　　　　　　 int buffing;  
　　　　　　　 int retval;

va\_start(arglist, format); //arglist指向format后面的第一个参数

...//不关心其它代码  
retval = \_output(stdout,format,arglist); //把format格式和参数传递给output函数

...//不关心其它代码  
　　　 return(retval);

我们先模仿这个函数写一个：

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

int mywrite(char \*fmt, ...)  
\{  
　　　　 va\_list arglist;  
　　　　 va\_start(arglist, fmt);  
　　　　 return printf(fmt,arglist);  
\}

void main()

int i=10, j=20;  
               char buf\[\] = "This is a test";  
               double f= 12.345;  
               mywrite("String: %s\\nInt: %d, %d\\nFloat :%4.2f\\n", buf, i, j, f);

运行一下看看，错误百出。仔细分析原因，根据宏的定义我们知道 arglist是一个指针，它指向第一个可变的参数，但是所有的参数都位于栈中，所以arglist指向栈中某个位置，通过arglist的值，我们可以直接查看栈里面的内容：

arglist -> 指向栈里面，内容包括

0067FD78 E0 FD 67 00 //指向字符串"This is a test"

0067FD7C 0A 00 00 00 //整数 i 的值

0067FD80 14 00 00 00 //整数 j 的值

0067FD84 71 3D 0A D7 //double 变量 f， 占用8个字节

0067FD88 A3 B0 28 40

0067FD8C 00 00 00 00

如果直接调用 printf（fmt， arglist）； 仅仅是把arglist指针的值0067FD78入栈，然后把格式字符串入栈，相当于调用：

printf（fmt， 0067FD78）；

自然这样的调用肯定会出现错误。

我们能不能逐个把参数提取出来，再传递给其它函数呢？先考虑一次性把所有参数传递进去的问题。

如果调用的是系统库函数，这种情况下是不可能的。因为**提取参数是在运行态**，而**参数入栈是在编译的时候确定的**。**无法让编译器预知运行态的事情给出正确的参数入栈代码。而我们在运行态虽然可以提取每个参数，但是无法将参数一次性全部压栈，**即使使用汇编代码实现起来也是很困难的，因为不单是一个简单的push代 码就可以做到。

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问题一：

上面这段代码经测试可以正常输出。也就是说，我们通过使用指针，实现了参数不定的函数。但这里还有一个问题，就是sum函数的所有参数都是int类型的，事先我们知道要移动sizeof(int)位的指针，可是如果参数类型不同呢？

答案与分析：这的确是个比较麻烦的问题，因为不同的数据类型占用的字节数可能是不一样的（如double型为8个字符，short int型为2个），所以很难事先确定应该移动多少个字节！但是办法还是有的，这就是使用指针了，无论什么类型的指针，都是占用4个字节，所以，可以把所有的传如入参数都设置为指针，这样一来，就可以通过移动固定的4个字节来实现遍历可变参数的目的了，至于如何取得指针中的内容并使用他们，当然也是无法预先得知的了。所以这大概也就是像printf(),scanf()之类的函数还需要一个格式控制符的原因吧^\_^!不过实现起来还是有不少麻烦，暂且盗用vprintf()来实现一个与printf()函数一样功能的函数了，代码如下：

void myPrint(const char *frm, ...) {     va_list vl;     va_start(vl, frm);     vprintf(frm, vl);     va_end(vl); }

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**问题二：** 还有一个问题,是上述问题的变体,不过意思相同:有没有办法写一个函数,这个函数参数的具体形式可以在运行时才确定？

答案与分析：目前没有"正规"的解决办法，不过独门偏方倒是有一个，因为有一个函数已经给我们做出了这方面的榜样，那就是main()，它的原型是:  
        int main(int argc,char \*argv\[\]);  
        函数的参数是argc和argv。  
   深入想一下，"只能在运行时确定参数形式"，也就是说你没办法从声明中看到所接受的参数，也即是参数根本就没有固定的形式。常用的办法是你可以通过定 义一个void \*类型的参数，用它来指向实际的参数区，然后在函数中根据根据需要任意解释它们的含义。这就是main函数中argv的含义，而argc，则用来表明实际的参数个数，这为我们使用提供了进一步的方便，当然，这个参数不是必需的。  
   虽然参数没有固定形式，但我们必然要在函数中解析参数的意义，因此，理所当然会有一个要求，就是调用者和被调者之间要对参数区内容的格式，大小，有效性等所有方面达成一致，否则南辕北辙各说各话就惨了。

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**问题三：可变长参数的传递**  
   有时候，需要编写一个函数，将它的可变长参数直接传递给另外的函数，请问，这个要求能否实现？  
   答案与分析：目前，你尚无办法直接做到这一点，但是我们可以迂回前进，首先，我们定义被调用函数的参数为va\_list类型，同时在调用函数中将可变长参数列表转换为va\_list，这样就可以进行变长参数的传递了。看如下所示：

void subfunc (char \*fmt, va\_list argp)  
\{  
       ...  
       arg = va\_arg (fmt, argp); /\* 从argp中逐一取出所要的参数 \*/  
       ...  
\}  
void mainfunc (char \*fmt, ...)  
\{  
       va\_list argp;  
       va\_start (argp, fmt); /\* 将可变长参数转换为va\_list \*/  
       subfunc (fmt, argp); /\* 将va\_list传递给子函数 \*/  
       va\_end (argp);  
       ...  
\}

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**问题四：如何判别可变参数函数的参数类型？**  
函数形式如下：  
void   fun(char\*   str,...)  
\{  
......  
\}  
若传的参数个数大于1，如何判别第2个以后传参的参数类型？？？最好有源码说明！   
   答案与分析：无法判断。可变参数实现主要通过三个宏实现：va\_start,va\_arg,va\_end。  
   如楼上所说,例如printf( "%d%c%s ",   ....)是通过格式串中的%d,%c,%s来确定后面参数的类型,其实你也可以参考这种方法来判断不定参数的类型。

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**问题五：定义可变长参数的一个限制**  
   为什么我的编译器不允许我定义如下的函数，也就是可变长参数，但是没有任何的固定参数？  
int f (...)  
\{  
   ...  
\}  
  
答案与分析：不可以。这是ANSI C 所要求的，你至少得定义一个固定参数。  
   这个参数将被传递给va\_start()，然后用va\_arg()和va\_end()来确定所有实际调用时可变长参数的类型和值。

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**问题六：可变长参数的获取**       
    有这样一个具有可变长参数的函数，其中有下列代码用来获取类型为float的实参：  
va\_arg (argp, float);

这样做可以吗？  
答案与分析：不可以。在可变长参数中，应用的是"加宽"原则。也就是float类型被扩展成double；char, short被扩展成int。因此，如果你要去可变长参数列表中原来为float类型的参数，需要用va\_arg(argp, double)。对char和short类型的则用va\_arg(argp, int)。  
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**问题七：可变长参数中类型为函数指针**  
   我想使用va\_arg来提取出可变长参数中类型为函数指针的参数，结果却总是不正确，为什么？  
答案与分析：这个与va\_arg的实现有关。一个简单的、演示版的va\_arg实现如下：  
\#define va\_arg(argp, type) (\*(type \*)(((argp) += sizeof(type)) - sizeof(type)))  
   其中，argp的类型是char \*。  
   如果你想用va\_arg从可变参数列表中提取出函数指针类型的参数，例如  
int (\*)()，则va\_arg(argp, int (\*)())被扩展为：  
     (\*(int (\*)() \*)(((argp) += sizeof (int (\*)())) -sizeof (int (\*)())))  
   显然，（int (\*)() \*）是无意义的。  
   解决这个问题的办法是将函数指针用typedef定义成一个独立的数据类型，例如：  
typedef int (\*funcptr)()；  
   这时候再调用va\_arg(argp, funcptr)将被扩展为：  
   (\* (funcptr \*)(((argp) += sizeof (funcptr)) - sizeof (funcptr)))  
这样就可以通过编译检查了。  
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