可變參數(shù)的詳細(xì)介紹

一、什么是可變參數(shù)

我們?cè)贑語(yǔ)言編程中有時(shí)會(huì)遇到一些參數(shù)個(gè)數(shù)可變的函數(shù),例如printf()函數(shù),其函數(shù)原型為:?

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

它除了有一個(gè)參數(shù)format固定以外,后面跟的參數(shù)的個(gè)數(shù)和類(lèi)型是可變的（用三個(gè)點(diǎn)“…”做參數(shù)占位符）,實(shí)際調(diào)用時(shí)可以有以下的形式:?printf("%d",i);?

printf("%s",s);?

printf("the?number?is?%d?,string?is:%s",?i,?s);????

以上這些東西已為大家所熟悉。但是究竟如何寫(xiě)可變參數(shù)的C函數(shù)以及這些可變參數(shù)的函數(shù)編譯器是如何實(shí)現(xiàn)，這個(gè)問(wèn)題卻一直困擾了我好久。本文就這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行一些探討,希望能對(duì)大家有些幫助.

?

二、寫(xiě)一個(gè)簡(jiǎn)單的可變參數(shù)的C函數(shù)?

先看例子程序。該函數(shù)至少有一個(gè)整數(shù)參數(shù),其后占位符…，表示后面參數(shù)的個(gè)數(shù)不定.?在這個(gè)例子里，所有的輸入?yún)?shù)必須都是整數(shù)，函數(shù)的功能只是打印所有參數(shù)的值。這也是老師布置的作業(yè)

先看源代碼：

#include#include?"stdarg.h"


int?count(int?start,?...){
?va_list?valist;
?int?count?=?0;
?int?va_val?=?start;
?va_start(valist,?start);

?do{
	count++;
	printf("%d?",?va_val);
	va_val?=?va_arg(valist,?int);
?}while(va_val?!=?-1);

?printf("n");
return?count;
}

從這個(gè)函數(shù)的實(shí)現(xiàn)可以看到,我們使用可變參數(shù)應(yīng)該有以下步驟:?

⑴由于在程序中將用到以下這些宏:?

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在這里是variable-argument(可變參數(shù))的意思.?

這些宏定義在stdarg.h中,所以用到可變參數(shù)的程序應(yīng)該包含這個(gè)頭文件.

⑵函數(shù)里首先定義一個(gè)va_list型的變量,這里是arg_ptr,這個(gè)變?

量是存儲(chǔ)參數(shù)地址的指針.因?yàn)榈玫絽?shù)的地址之后，再結(jié)合參數(shù)的類(lèi)型，才能得到參數(shù)的值。

⑶然后用va_start宏初始化⑵中定義的變量arg_ptr,這個(gè)宏的第二個(gè)參數(shù)是可變參數(shù)列表的前一個(gè)參數(shù),即最后一個(gè)固定參數(shù).?

⑷然后依次用va_arg宏使arg_ptr返回可變參數(shù)的地址,得到這個(gè)地址之后，結(jié)合參數(shù)的類(lèi)型，就可以得到參數(shù)的值。

⑸設(shè)定結(jié)束條件，這里的條件就是判斷參數(shù)值是否為-1。注意被調(diào)的函數(shù)在調(diào)用時(shí)是不知道可變參數(shù)的正確數(shù)目的，程序員必須自己在代碼中指明結(jié)束條件。至于為什么它不會(huì)知道參數(shù)的數(shù)目，讀者在看完這幾個(gè)宏的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)機(jī)制后，自然就會(huì)明白。

(二)可變參數(shù)在編譯器中的處理?

我們知道va_start,va_arg,va_end是在stdarg.h中被定義成宏的,?由于1)硬件平臺(tái)的不同?2)編譯器的不同,所以定義的宏也有所不同,下面看一下VC++6.0中stdarg.h里的代碼（文件的路徑為VC安裝目錄下的vc98includestdarg.h）

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?)

下面我們解釋這些代碼的含義：

1、首先把va_list被定義成char*，這是因?yàn)樵谖覀兡壳八玫腜C機(jī)上，字符指針類(lèi)型可以用來(lái)存儲(chǔ)內(nèi)存單元地址。而在有的機(jī)器上va_list是被定義成void*的

2、定義_INTSIZEOF(n)主要是為了某些需要內(nèi)存的對(duì)齊的系統(tǒng).這個(gè)宏的目的是為了得到最后一個(gè)固定參數(shù)的實(shí)際內(nèi)存大小。在我的機(jī)器上直接用sizeof運(yùn)算符來(lái)代替，對(duì)程序的運(yùn)行結(jié)構(gòu)也沒(méi)有影響。（后文將看到我自己的實(shí)現(xiàn)）。

3、va_start的定義為?&v+_INTSIZEOF(v)?,這里&v是最后一個(gè)固定參數(shù)的起始地址，再加上其實(shí)際占用大小后，就得到了第一個(gè)可變參數(shù)的起始內(nèi)存地址。所以我們運(yùn)行va_start(ap,?v)以后,ap指向第一個(gè)可變參數(shù)在的內(nèi)存地址,有了這個(gè)地址，以后的事情就簡(jiǎn)單了。?

這里要知道兩個(gè)事情：

????⑴在intel+windows的機(jī)器上，函數(shù)棧的方向是向下的，棧頂指針的內(nèi)存地址低于棧底指針，所以先進(jìn)棧的數(shù)據(jù)是存放在內(nèi)存的高地址處。

????(2)在VC等絕大多數(shù)C編譯器中，默認(rèn)情況下，參數(shù)進(jìn)棧的順序是由右向左的，因此，參數(shù)進(jìn)棧以后的內(nèi)存模型如下圖所示：最后一個(gè)固定參數(shù)的地址位于第一個(gè)可變參數(shù)之下，并且是連續(xù)存儲(chǔ)的。

|——————————————————————————|

|??最后一個(gè)可變參數(shù)?????????????|???->高內(nèi)存地址處

|——————————————————————————|

???...................

|——————————————————————————|

|??第N個(gè)可變參數(shù)??????????????|?????->va_arg(arg_ptr,int)后arg_ptr所指的地方,

|???????????????????????????????|?????即第N個(gè)可變參數(shù)的地址。

|———————————————?|?????

???………………………….

|——————————————————————————|

|??第一個(gè)可變參數(shù)???????????????|?????->va_start(arg_ptr,start)后arg_ptr所指的地方

|???????????????????????????????|?????即第一個(gè)可變參數(shù)的地址

|———————————————?|?????

|————————————————————————?——|

|???????????????????????????????|

|??最后一個(gè)固定參數(shù)?????????????|????->?start的起始地址

|——————————————?—|???????.................

|——————————————————————————?|

|???????????????????????????????|??

|———————————————?|??->?低內(nèi)存地址處

(4)?va_arg():有了va_start的良好基礎(chǔ)，我們?nèi)〉昧说谝粋€(gè)可變參數(shù)的地址，在va_arg()里的任務(wù)就是根據(jù)指定的參數(shù)類(lèi)型取得本參數(shù)的值，并且把指針調(diào)到下一個(gè)參數(shù)的起始地址。

因此，現(xiàn)在再來(lái)看va_arg()的實(shí)現(xiàn)就應(yīng)該心中有數(shù)了：

#define?va_arg(ap,t)????(?*(t?*)((ap?+=?_INTSIZEOF(t))?-?_INTSIZEOF(t))?)

這個(gè)宏做了兩個(gè)事情，

???????①用用戶輸入的類(lèi)型名對(duì)參數(shù)地址進(jìn)行強(qiáng)制類(lèi)型轉(zhuǎn)換，得到用戶所需要的值

???②計(jì)算出本參數(shù)的實(shí)際大小，將指針調(diào)到本參數(shù)的結(jié)尾，也就是下一個(gè)參數(shù)的首地址，以便后續(xù)處理。

(5)va_end宏的解釋?zhuān)簒86平臺(tái)定義為ap=(char*)0;使ap不再?指向堆棧,而是跟NULL一樣.有些直接定義為((void*)0),這樣編譯器不會(huì)為va_end產(chǎn)生代碼,例如gcc在linux的x86平臺(tái)就是這樣定義的.?在這里大家要注意一個(gè)問(wèn)題:由于參數(shù)的地址用于va_start宏,所以參數(shù)不能聲明為寄存器變量或作為函數(shù)或數(shù)組類(lèi)型.?關(guān)于va_start,?va_arg,?va_end的描述就是這些了,我們要注意的?是不同的操作系統(tǒng)和硬件平臺(tái)的定義有些不同,但原理卻是相似的.

?

(三)可變參數(shù)在編程中要注意的問(wèn)題?

因?yàn)関a_start,?va_arg,?va_end等定義成宏,所以它顯得很愚蠢,?可變參數(shù)的類(lèi)型和個(gè)數(shù)完全在該函數(shù)中由程序代碼控制,它并不能智能?地識(shí)別不同參數(shù)的個(gè)數(shù)和類(lèi)型.?有人會(huì)問(wèn):那么printf中不是實(shí)現(xiàn)了智能識(shí)別參數(shù)嗎?那是因?yàn)楹瘮?shù)?printf是從固定參數(shù)format字符串來(lái)分析出參數(shù)的類(lèi)型,再調(diào)用va_arg?的來(lái)獲取可變參數(shù)的.也就是說(shuō),你想實(shí)現(xiàn)智能識(shí)別可變參數(shù)的話是要通過(guò)在自己的程序里作判斷來(lái)實(shí)現(xiàn)的.?例如，在C的經(jīng)典教材《the?c?programming?language》的7.3節(jié)中就給出了一個(gè)printf的可能實(shí)現(xiàn)方式，由于篇幅原因這里不再敘述。

（四）小結(jié):?

1、標(biāo)準(zhǔn)C庫(kù)的中的三個(gè)宏的作用只是用來(lái)確定可變參數(shù)列表中每個(gè)參數(shù)的內(nèi)存地址，編譯器是不知道參數(shù)的實(shí)際數(shù)目的。

2、在實(shí)際應(yīng)用的代碼中，程序員必須自己考慮確定參數(shù)數(shù)目的辦法，如

⑴在固定參數(shù)中設(shè)標(biāo)志——?printf函數(shù)就是用這個(gè)辦法。后面也有例子。

⑵在預(yù)先設(shè)定一個(gè)特殊的結(jié)束標(biāo)記，就是說(shuō)多輸入一個(gè)可變參數(shù)，調(diào)用時(shí)要將最后一個(gè)可變參數(shù)的值設(shè)置成這個(gè)特殊的值，在函數(shù)體中根據(jù)這個(gè)值判斷是否達(dá)到參數(shù)的結(jié)尾。本文前面的代碼就是采用這個(gè)辦法.

無(wú)論采用哪種辦法，程序員都應(yīng)該在文檔中告訴調(diào)用者自己的約定。

3、實(shí)現(xiàn)可變參數(shù)的要點(diǎn)就是想辦法取得每個(gè)參數(shù)的地址，取得地址的辦法由以下幾個(gè)因素決定：

①函數(shù)棧的生長(zhǎng)方向

②參數(shù)的入棧順序

③CPU的對(duì)齊方式

④內(nèi)存地址的表達(dá)方式

結(jié)合源代碼，我們可以看出va_list的實(shí)現(xiàn)是由④決定的，_INTSIZEOF(n)的引入則是由③決定的，他和①②又一起決定了va_start的實(shí)現(xiàn)，最后va_end的存在則是良好編程風(fēng)格的體現(xiàn)，將不再使用的指針設(shè)為NULL,這樣可以防止以后的誤操作。

4、取得地址后，再結(jié)合參數(shù)的類(lèi)型，程序員就可以正確的處理參數(shù)了。理解了以上要點(diǎn)，相信稍有經(jīng)驗(yàn)的讀者就可以寫(xiě)出適合于自己機(jī)器的實(shí)現(xiàn)來(lái)。下面就是一個(gè)例子

（五）擴(kuò)展——自己實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的可變參數(shù)的函數(shù)。

下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的printf函數(shù)的實(shí)現(xiàn)，參考了

#include?"stdio.h"

#include?"stdlib.h"

void?myprintf(char*?fmt,?...)????????//一個(gè)簡(jiǎn)單的類(lèi)似于printf的實(shí)現(xiàn)，//參數(shù)必須都是int?類(lèi)型

{?

????char*?pArg=NULL;???????????????//等價(jià)于原來(lái)的va_list?

????char?c;

????

????pArg?=?(char*)?&fmt;??????????//注意不要寫(xiě)成p?=?fmt?!!因?yàn)檫@里要對(duì)//參數(shù)取址，而不是取值

????pArg?+=?sizeof(fmt);?????????//等價(jià)于原來(lái)的va_start??????????

?

????do

????{

????????c?=*fmt;

????????if?(c?!=?'%')

????????{

????????????putchar(c);????????????//照原樣輸出字符

????????}

????????else

{

//按格式字符輸出數(shù)據(jù)

????????????switch(*++fmt)?

{

????????????case?'d':

????????????????printf("%d",*((int*)pArg));???????????

????????????????break;

????????????case?'x':

????????????????printf("%#x",*((int*)pArg));

????????????????break;

????????????default:

????????????????break;

????????????}?

????????????pArg?+=?sizeof(int);???????????????//等價(jià)于原來(lái)的va_arg

????????}

????????++fmt;

????}while?(*fmt?!=?'