一)寫乙個簡單的可變引數的c函式
下面我們來**如何寫乙個簡單的可變引數的c函式.寫可變引數的
c函式要在程式中用到以下這些巨集:
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_list:用來儲存巨集va_start、va_arg和va_end所需資訊的一種型別。為了訪問變長引數列表中的引數，必須宣告
va_list型別的乙個物件
va_start:訪問變長引數列表中的引數之前使用的巨集，它初始化用va_list宣告的物件，初始化結果供巨集va_arg和
va_end使用；
va_arg: 展開成乙個表示式的巨集，該表示式具有變長引數列表中下乙個引數的值和型別。每次呼叫va_arg都會修改
用va_list宣告的物件，從而使該物件指向引數列表中的下乙個引數；
va_end:該巨集使程式能夠從變長引數列表用巨集va_start引用的函式中正常返回。
va在這裡是variable-argument(可變引數)的意思.
這些巨集定義在stdarg.h中,所以用到可變引數的程式應該包含這個標頭檔案.下面我們寫乙個簡單的可變引數的函式,改函式至少有乙個整數引數,第二個引數也是整數,是可選的.函式只是列印這兩個引數的值.
void ******_va_fun(int i, ...)
我們可以在我們的標頭檔案中這樣宣告我們的函式:
extern void ******_va_fun(int i, ...);
我們在程式中可以這樣呼叫:
******_va_fun(100);
******_va_fun(100,200);
從這個函式的實現可以看到,我們使用可變引數應該有以下步驟:
1)首先在函式裡定義乙個va_list型的變數,這裡是arg_ptr,這個變
量是指向引數的指標.
2)然後用va_start巨集初始化變數arg_ptr,這個巨集的第二個引數是第
乙個可變引數的前乙個引數,是乙個固定的引數.
3)然後用va_arg返回可變的引數,並賦值給整數j. va_arg的第二個
引數是你要返回的引數的型別,這裡是int型.
4)最後用va_end巨集結束可變引數的獲取.然後你就可以在函式裡使
用第二個引數了.如果函式有多個可變引數的,依次呼叫va_arg獲
取各個引數.
如果我們用下面三種方法呼叫的話,都是合法的,但結果卻不一樣:
1)******_va_fun(100);
結果是:100 -123456789(會變的值)
2)******_va_fun(100,200);
結果是:100 200
3)******_va_fun(100,200,300);
結果是:100 200
我們看到第一種呼叫有錯誤,第二種呼叫正確,第三種呼叫儘管結果
正確,但和我們函式最初的設計有衝突.下面一節我們**出現這些結果
的原因和可變引數在編譯器中是如何處理的.
(二)可變引數在編譯器中的處理
我們知道va_start,va_arg,va_end是在stdarg.h中被定義成巨集的,
由於1)硬體平台的不同 2)編譯器的不同,所以定義的巨集也有所不同,下
面以vc++中stdarg.h裡x86平台的巨集定義摘錄如下('/'號表示折行):
typedef char * va_list;
#define va_start _crt_va_start
#define va_arg _crt_va_arg
#define va_end _crt_va_end
#define _crt_va_start(ap,v) ( ap = (va_list)_addressof(v) + _intsizeof(v) )
#define _crt_va_arg(ap,t) ( *(t *)((ap += _intsizeof(t)) - _intsizeof(t)) )
#define _crt_va_end(ap) ( ap = (va_list)0 )
va_list argptr;
c語言的函式是從右向左壓入堆疊的,呼叫va_start後，按定義的巨集運算，_addressof得到v所在的位址，然後這個位址加上v的大小，則使ap指向第乙個可變引數如圖:
棧底 高位址
| .......
| 函式返回位址
| .......
| 函式最後乙個引數
| ....
| 函式第乙個可變引數 <--va_start後ap指向
| 函式最後乙個固定引數
| 函式第乙個固定引數
棧頂 低位址
然後，用va_arg()取得型別t的可變引數值, 先是讓ap指向下乙個引數:ap += _intsizeof(t)，然後在減去_intsizeof(t)，使得表示式結果為ap之前的值，即當前需要得到的引數的位址，強制轉換成指向此引數的
型別的指標，然後用*取值定義_intsizeof(n)主要是為了某些需要記憶體的對齊的系統.c語言的函 數是從右向左壓入堆疊的,圖(1)是函式的引數在堆疊中的分布位置.我們看到va_list被定義成char*,有一些平台或作業系統定義為void*.再看va_start的定義,定義為&v+_intsizeof(v),而&v是固定引數在堆疊的位址,所以我們執行va_start(ap, v)以後,ap指向第乙個可變引數在堆
棧的位址,如圖:
高位址|-----------------------------|
|函式返回位址 |
|-----------------------------|
|....... |
|-----------------------------|
|第n個引數(第乙個可變引數) |
|-----------------------------|<--va_start後ap指向
|第n-1個引數(最後乙個固定引數)|
低位址|-----------------------------|<-- &v
圖( 1 )
然後,我們用va_arg()取得型別t的可變引數值,以上例為int型為例,我
們看一下va_arg取int型的返回值:
j= ( *(int*)((ap += _intsizeof(int))-_intsizeof(int)) );
首先ap+=sizeof(int),已經指向下乙個引數的位址了.然後返回
ap-sizeof(int)的int*指標,這正是第乙個可變引數在堆疊裡的位址
(圖2).然後用*取得這個位址的內容(引數值)賦給j.
高位址|-----------------------------|
|函式返回位址 |
|-----------------------------|
|....... |
|-----------------------------|<--va_arg後ap指向
|第n個引數(第乙個可變引數) |
|-----------------------------|<--va_start後ap指向
|第n-1個引數(最後乙個固定引數)|
低位址|-----------------------------|<-- &v
圖( 2 )
最後要說的是va_end巨集的意思,x86平台定義為ap=(char*)0;使ap不再
指向堆疊,而是跟null一樣.有些直接定義為((void*)0),這樣編譯器不
會為va_end產生**,例如gcc在linux的x86平台就是這樣定義的.
在這裡大家要注意乙個問題:由於引數的位址用於va_start巨集,所
以引數不能宣告為暫存器變數或作為函式或陣列型別.
關於va_start, va_arg, va_end的描述就是這些了,我們要注意的
是不同的作業系統和硬體平台的定義有些不同,但原理卻是相似的.
(三)可變引數在程式設計中要注意的問題
因為va_start, va_arg, va_end等定義成巨集,所以它顯得很愚蠢, 可變引數的型別和個數完全在該函式中由程式**控制,它並不能智慧型地識別不同引數的個數和型別. 有人會問:那麼printf中不是實現了智慧型識別引數嗎?那是因為函式printf是從固定引數format字串來分析出引數的型別,再呼叫va_arg的來獲取可變引數的.也就是說,你想實現智慧型 識別可變引數的話是要通過在自己的程式裡作判斷來實現的. 另外有乙個問題,因為編譯器對可變引數的函式的原型檢查不夠嚴格,對程式設計查錯不利.如果******_va_fun()改為:
void ******_va_fun(int i, ...)
可變引數為char*型,當我們忘記用兩個引數來呼叫該函式時,就會出現core dump(unix) 或者頁面非法的錯誤(window平台).但也有可能不出錯,但錯誤卻是難以發現,不利於我們寫出高質量的程式.
以下提一下va系列巨集的相容性.
system v unix把va_start定義為只有乙個引數的巨集:
va_start(va_list arg_ptr);
而ansi c則定義為:
va_start(va_list arg_ptr, prev_param);
如果我們要用system v的定義,應該用vararg.h標頭檔案中所定義的巨集,ansi c的巨集跟system v的巨集是不相容的,我們一般都用ansi c,所以用ansi c的定義就夠了,也便於程式的移植.
小結:
可變引數的函式原理其實很簡單,而va系列是以巨集定義來定義的,實現跟堆疊相關.我們寫乙個可變函式的c函式時,有利也有弊,所以在不必要的場合,我們無需用到可變引數.如果在c++裡,我們應該利用c++的多型性來實現可變引數的功能,盡量避免用c語言的方式來實現.
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