C语言中可变参数的用法(ZZ)

港控/mmm° 2022-09-18 07:57 191阅读 0赞

C语言中可变参数的用法(author:kevintz)

我们在C语言编程中会遇到一些参数个数可变的函数,例如printf() 这个函数,它的定义是这样的:

int printf( const char\* format, ...);

它除了有一个参数format固定以外,后面跟的参数的个数和类型是 可变的,例如我们可以有以下不同的调用方法:  
printf("%d",i);  
printf("%s",s);  
printf("the number is %d ,string is:%s", i, s);

究竟如何写可变参数的C函数以及这些可变参数的函数编译器是如何实 现的呢?  
本文就这个问题进行一些探讨,希望能对大家有些帮助.会C++的 网友知道这些问题在C++里不存在,因为C++具有多态性.但C++是C的一个 超集,以下的技术也可以用于C++的程序中.限于本人的水平,文中如果有 不当之处,请大家指正.

(一)写一个简单的可变参数的C函数

下面我们来探讨如何写一个简单的可变参数的C函数.写可变参数的 C函数要在程序中用到以下这些宏:

void va\_start( va\_list arg\_ptr, prev\_param );

type va\_arg( va\_list arg\_ptr, type );

void va\_end( va\_list arg\_ptr );

va在这里是variable-argument(可变参数)的意思.

这些宏定义在stdarg.h中,所以用到可变参数的程序应该包含这个 头文件.下面我们写一个简单的可变参数的函数,改函数至少有一个整数 参数,第二个参数也是整数,是可选的.函数只是打印这两个参数的值.

void simple\_va\_fun(int i, ...)

\{  
va\_list arg\_ptr;  
int j=0;  
  
va\_start(arg\_ptr, i);  
j=va\_arg(arg\_ptr, int);  
va\_end(arg\_ptr);  
printf("%d %d/n", i, j);  
return;  
\}

我们可以在我们的头文件中这样声明我们的函数:

extern void simple\_va\_fun(int i, ...);

我们在程序中可以这样调用:

simple\_va\_fun(100);  
simple\_va\_fun(100,200);

从这个函数的实现可以看到,我们使用可变参数应该有以下步骤:

1)首先在函数里定义一个va\_list型的变量,这里是arg\_ptr,这个变量是指向参数的指针.

2)然后用va\_start宏初始化变量arg\_ptr,这个宏的第二个参数是第 一个可变参数的前一个参数,是一个固定的参数.

3)然后用va\_arg返回可变的参数,并赋值给整数j. va\_arg的第二个 参数是你要返回的参数的类型,这里是int型.

4)最后用va\_end宏结束可变参数的获取.然后你就可以在函数里使 用第二个参数了.如果函数有多个可变参数的,依次调用va\_arg获 取各个参数.

如果我们用下面三种方法调用的话,都是合法的,但结果却不一样:

1)simple\_va\_fun(100);  
结果是:100 -123456789(会变的值)

2)simple\_va\_fun(100,200);  
结果是:100 200

3)simple\_va\_fun(100,200,300);  
结果是:100 200

我们看到第一种调用有错误,第二种调用正确,第三种调用尽管结果 正确,但和我们函数最初的设计有冲突.下面一节我们探讨出现这些结果 的原因和可变参数在编译器中是如何处理的.

(二)可变参数在编译器中的处理

我们知道va\_start,va\_arg,va\_end是在stdarg.h中被定义成宏的,

由于1)硬件平台的不同 2)编译器的不同,所以定义的宏也有所不同,下 面以VC++中stdarg.h里x86平台的宏定义摘录如下(’/’号表示折行):

typedef char \* va\_list;  
  
\#define \_INTSIZEOF(n) /  
((sizeof(n)+sizeof(int)-1)&~(sizeof(int) - 1) )  
  
\#define va\_start(ap,v) ( ap = (va\_list)&v + \_INTSIZEOF(v) )  
  
\#define va\_arg(ap,t) /  
( \*(t \*)((ap += \_INTSIZEOF(t)) - \_INTSIZEOF(t)) )  
  
\#define va\_end(ap) ( ap = (va\_list)0 )

定义\_INTSIZEOF(n)主要是为了某些需要内存的对齐的系统.C语言的函 数是从右向左压入堆栈的,图(1)是函数的参数在堆栈中的分布位置.我 们看到va\_list被定义成char\*,有一些平台或操作系统定义为void\*.再 看va\_start的定义,定义为&v+\_INTSIZEOF(v),而&v是固定参数在堆栈的 地址,所以我们运行va\_start(ap, v)以后,ap指向第一个可变参数在堆栈的地址,如图:

高地址|-----------------------------|  
|函数返回地址 |  
|-----------------------------|  
|....... |  
|-----------------------------|  
|第n个参数(第一个可变参数) |  
|-----------------------------|<--va\_start后ap指向  
|第n-1个参数(最后一个固定参数)|  
低地址|-----------------------------|<-- &v  
图( 1 )

然后,我们用va\_arg()取得类型t的可变参数值,以上例为int型为例,我 们看一下va\_arg取int型的返回值:

j= ( \*(int\*)((ap += \_INTSIZEOF(int))-\_INTSIZEOF(int)) );

首先ap+=sizeof(int),已经指向下一个参数的地址了.然后返回 ap-sizeof(int)的int\*指针,这正是第一个可变参数在堆栈里的地址 (图2).然后用\*取得这个地址的内容(参数值)赋给j.

高地址|-----------------------------|

|函数返回地址 |  
|-----------------------------|  
|....... |  
|-----------------------------|<--va\_arg后ap指向  
|第n个参数(第一个可变参数) |  
|-----------------------------|<--va\_start后ap指向  
|第n-1个参数(最后一个固定参数)|  
低地址|-----------------------------|<-- &v  
图( 2 )

最后要说的是va\_end宏的意思,x86平台定义为ap=(char\*)0;使ap不再指向堆栈,而是跟NULL一样.有些直接定义为((void\*)0),这样编译器不 会为va\_end产生代码,例如gcc在linux的x86平台就是这样定义的. 在这里大家要注意一个问题:由于参数的地址用于va\_start宏,所 以参数不能声明为寄存器变量或作为函数或数组类型.

关于va\_start, va\_arg, va\_end的描述就是这些了,我们要注意的 是不同的操作系统和硬件平台的定义有些不同,但原理却是相似的.  
  
(三)可变参数在编程中要注意的问题

因为va\_start, va\_arg, va\_end等定义成宏,所以它显得很愚蠢, 可变参数的类型和个数完全在该函数中由程序代码控制,它并不能智能地识别不同参数的个数和类型.

有人会问:那么printf中不是实现了智能识别参数吗?那是因为函数 printf是从固定参数format字符串来分析出参数的类型,再调用va\_arg 的来获取可变参数的.也就是说,你想实现智能识别可变参数的话是要通 过在自己的程序里作判断来实现的.

另外有一个问题,因为编译器对可变参数的函数的原型检查不够严格,对编程查错不利.如果simple\_va\_fun()改为:

void simple\_va\_fun(int i, ...)  
\{  
va\_list arg\_ptr;  
char \*s=NULL;  
  
va\_start(arg\_ptr, i);  
s=va\_arg(arg\_ptr, char\*);  
va\_end(arg\_ptr);  
printf("%d %s/n", i, s);  
return;  
\}

可变参数为char\*型,当我们忘记用两个参数来调用该函数时,就会出现 core dump(Unix) 或者页面非法的错误(window平台).但也有可能不出 错,但错误却是难以发现,不利于我们写出高质量的程序.

以下提一下va系列宏的兼容性.

System V Unix把va\_start定义为只有一个参数的宏:  
va\_start(va\_list arg\_ptr);  
而ANSI C则定义为:  
va\_start(va\_list arg\_ptr, prev\_param);

如果我们要用system V的定义,应该用vararg.h头文件中所定义的宏,ANSI C的宏跟system V的宏是不兼容的,我们一般都用ANSI C,所以用ANSI C的定义就够了,也便于程序的移植.

小结:

可变参数的函数原理其实很简单,而va系列是以宏定义来定义的,实 现跟堆栈相关.我们写一个可变函数的C函数时,有利也有弊,所以在不必 要的场合,我们无需用到可变参数.如果在C++里,我们应该利用C++的多 态性来实现可变参数的功能,尽量避免用C语言的方式来实现.  
  
写这篇文章时,适逢感冒,多得有她的关怀,谨把这篇文章献给她...